Необходимое для нашей цепи сопротивление имеет значение, равное 350 Ом. В продаже нет элементов сопротивления на 350 Ом, потому что такие элементы изготавливают только с определенными значениями. Величина сопротивления, наиболее близкая к нашему, это 390 Ом.
Теперь попробуем рассчитать мощность, потребляемую сопротивлением. Мы видели, что мощность равна напряжению умноженному на ток:
Рмощность = U · I
Закон Ома гласит:
U = I · R
Поэтому мощность может быть записана в виде:
Pмощность = U · I = (I · R) · I = I2 · R
Подставляя в формулу наши значения:
Рмощность = (0,020)2 · 390 = 0,156 (Ватт)
В продаже есть различные элементы сопротивления, способные выдерживать разные мощности.
В данном случае будет достаточно обычного сопротивления в 1/4 Вт, что составляет 0,25 Вт. Если бы мы выбрали сопротивление с меньшей мощностью, мы бы рисковали перегреть элемент… или даже сжечь его!
Электрические измерения
Электрические явления невидимы. Мы не можем видеть электроны, которые проходят через металлическую проволоку. Их также невозможно сосчитать! Несмотря на эти трудности, мы можем измерить ток и напряжение, наблюдая «вторичные» эффекты, такие как электромагнитные поля, вызванные движением токов. Мы видели, что для измерения токов и напряжений должны использоваться вольтметры или амперметры, но более практично использовать тестер или мультиметр, то есть прибор, способный измерять различные электрические величины. Тестеры имеют цифровой дисплей или индикатор со стрелкой, поворотный переключатель и три или четыре гнезда для подключения щупов, то есть пары проводов с металлическим наконечником. Один щуп всегда красного цвета, а другой черного. Эти цвета принято считать положительным (красный) и отрицательным (черный).
Рис. 1.25. Современный цифровой мультиметр и аналоговый тестер со стрелкой
Можно купить дешевые приборы, которые измеряют только напряжение, ток и сопротивление, или более сложные и дорогие, которые также могут измерять мощность, частоты, индуктивности, транзисторы, диоды и температуры. Вы также можете найти приборы со стрелкой, которые могут оказаться сложнее в использовании, потому что часто содержат несколько шкал измерений, наложенных друг на друга, а также множество гнезд (разъемов) для подключения щупов. На самом деле различные приборы для измерения имеют ряд общихчерт, и, как только вы научитесь использовать один, вам не доставит трудности использовать и другие. Все модели имеют гнездо с надписью «СОМ», что означает общий провод. В это гнездо всегда подключается черный щуп, то есть отрицательный. У нас есть также гнездо с надписью V/OHM для измерения напряжений и сопротивлений, и одно или несколько гнезд для тока, как правило, с пометкой мА или А. Входы для токов разделены, поскольку измерения некоторых мощностей требуют определенных мер безопасности для пользователя и для цепей тестера. Токи, которые мы используем в наших экспериментах, будут иметь величины не более несколько сотен миллиампер.
Прибор снабжен переключателем, чтобы установить тип измерения и значение (или точность). Переключатель разделен на участки. В поле для напряжений имеются различные настройки, например мы можем найти: 200 мВ, 2 В, 20 В, 200 В. Современные и более дорогие устройства самостоятельно приспосабливаются к измеряемым величинам. Если мы хотим измерить напряжение 10 В прибором, установленным на 2 В, мы не повредим тестер, но измерение будет осуществляться до полной шкалы (на экране отображается предупреждение или особая надпись). То же самое касается измерения тока и сопротивлений.
Рис. 1.26. Мультиметры всегда имеют гнездо с надписью СОМ, одно гнездо для измерения напряжения или сопротивления и одно или несколько гнезд для измерения тока
Измерение напряжения
Измерение напряжения – довольно простая операция: нет необходимости изменять схемы для выполнения измерений и достаточно приложить щупы в двух точках цепи для считывания разности потенциалов.
Для измерения напряжения необходимо вставить красный щуп в гнездо с надписью V, что обозначает напряжение, а черный щуп в гнездо с надписью СОМ. Затем нужно повернуть переключатель на нужный нам диапазон измерения напряжения. Если мы не знаем, какое примерно значение имеет измеряемое нами напряжение, мы можем начать с максимального значения, а затем снизить его. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы правильно установить переключатель, потому что иногда можно перепутать деления для постоянного напряжения (обозначается VDC) с делениями для переменного напряжения (VAC). На некоторых приборах также может быть только одно деление для переменного натяжения и одно для постоянного напряжения, поэтому нужно быть осторожными при подключении щупов. Иногда аббревиатуры VDC и VAC заменяются графическими символами: для постоянного тока используется знак прямой линии с точками, для переменного тока рисуется прямая линия рядом с волнистой ~.
Попытаемся измерить напряжение в цепи на рис. 1.23. В цепи используется батарейка 9 В, для которой мы проверим напряжение, проходящее через два ее полюса:
1. включаем тестер;
2. подключаем черный щуп в гнездо СОМ;
3. устанавливаем переключатель для измерения напряжения постоянного тока, поворачиваем переключатель в поле VDC на значение, превышающее 9 В (на моем тестере я поставил 20 В);
4. подключаем красный щуп в гнездо VDC;
5. приложим черный щуп к отрицательному полюсу батарейки;
6. приложим красный щуп к положительному полюсу батарейки;
7. держим щупы неподвижными и читаем значение на дисплее, которое вряд ли будет точно 9 В, но немного ниже.
Рис. 1.27. Для измерения напряжения, щупы подключаются в гнезда СОМ и V/Ω. Переключатель значений поворачивается на поле V или VDC
Теперь давайте попробуем выполнить другие измерения. Все еще держа черный щуп на отрицательном полюсе батарейки, приложим красный щуп к положительному выводу светодиода. Мы должны получить около 2 В, то есть падение напряжения на концах светодиода. Попробуем приложить щупы к двум выводам резистора. В этом случае на приборе будет считываться падение напряжения на резисторе, которое составит около 7 В.
