Как понять электронику с нуля: закон Ома, мультиметр, резисторы, мощность и законы Кирхгофа

Друзья, всем привет. Для максимально продуктивного изучения и понимания электроники, необходимо прежде всего освоить определенный базовый минимум знаний. И затем, уже имея эту основу, можно наращивать следующий логически связанный уровень информации и таким образом постепенно расширять и углублять свои знания в электронике. Ошибка многих начинающих радиолюбителей заключается в том, что они постоянно прыгают с темы на тему без какой-либо структуры. Например, сначала они посмотрели, как работает транзистор, потом посмотрели резистор, потом конденсатор, потом рассмотрели закон электромагнитной индукции, потом законы Кирхгофа, Ома. И такое отсутствие структуры приводит к значительному замедлению понимания электроники. А в лучшем случае это может закончиться обычным слепым копированием чужих схем. Однако, при правильном подходе, вы сможете относительно быстро научиться проектировать собственные электронные устройства, а не просто повторять чужие схемы. К тому же, имея прочную основу в электронике, вы сможете в дальнейшем достаточно быстро освоить ремонт любой электронной техники. И здесь, опять же, начинающие ремонтники часто совершают ошибку, они начинают целенаправленно ремонтировать какие-то устройства, не освоив элементарных азов электроники или электрики. Поэтому, при работе с электричеством в любом его проявлении, будь то электроника или электрика, разработка электронных устройств, или ремонт электронных устройств, необходимо прежде всего освоить определенный минимум, скажем так, гарантированный объем знаний. И в этом видео мы рассмотрим тот необходимый минимум знаний, который просто невозможно обойти, чтобы в дальнейшем успешно освоить электронику или электрику на более глубоком уровне. Но здесь есть и хорошая новость. Этот минимум знаний, он достаточно прост, понятен и логичен. На самом деле, здесь нет необходимости что-то заучивать. Достаточно понять и уловить логику, как вы сами очень скоро увидите. А для тех, кто действительно настроен освоить электронику с самого нуля до достаточно приличного уровня и научиться разрабатывать собственные электронные устройства, я рекомендую изучить мой курс по электронике для начинающих. Длительность этого курса составляет 50 часов. Если перевести в академические часы, то это будет 66,6 часов. Это эквивалентно тому, что вы будете посещать одно занятие раз в неделю в учебном заведении в течение целого года, то есть один курс или два семестра. Особенностью этого курса является то, что, во-первых, материал в нем изложен достаточно структурно от самых элементарных простых вещей и уровень сложности постепенно увеличивается. А также рассматривается не просто назначение в схеме какого-либо электронного компонента, резистора, транзистора, конденсатора и так далее, но и приводится обоснование его параметров на основе каких-то элементарных расчетов, выполненных. Проще говоря, рассматривается не просто почему в схеме стоит резистор, или конденсатор, или транзистор и тому подобное, а почему именно с такими параметрами он принят в той или иной схеме. Почему он там на 100 Ом? Почему там на 1 кОм? Почему конденсатор 0,1 микрофарада? Почему конденсатор 1000 микрофарад? Почему транзистор таких параметров? Как правильно подобрать аналог транзистора, если его нет под рукой? То же самое касается и других электронных компонентов, в том числе электромагнитных реле, трансформаторов и диодов, и тому подобное. Также прямо сейчас вы можете присоединиться к курсу по программированию микроконтроллеров STM32. Микроконтроллеры STM32 — это на данный момент самая распространенная линейка микроконтроллеров, как в среде промышленности, так и среди радиолюбителей. Поэтому изучение микроконтроллеров именно этой линейки является наиболее перспективным. К тому же курс построен таким образом, что мы учимся не просто писать код, но и понимаем, как работает микроконтроллер на аппаратном уровне. То есть мы смотрим на структуру регистров, периферии, чтобы у вас было четкое понимание, что происходит внутри кристалла. Это позволит вам в дальнейшем легко переключиться на любую другую архитектуру. С программой курса и первыми бесплатными уроками вы можете ознакомиться по ссылке в описании этого видео. А мы продолжаем. Итак, из чего же состоит тот самый минимум знаний в электронике? Прежде всего, необходимо понять физику процессов. И первый вопрос: что такое электричество? Что такое электрический ток? Что такое напряжение, и что такое электрическое сопротивление? Без понимания этих базовых вещей двигаться дальше просто нет смысла. Как мы знаем из курса физики, все вокруг нас состоит из атомов. Атом, в свою очередь, состоит из ядра, содержащего протоны и нейтроны, и электронов, вращающихся вокруг этого ядра. Протоны имеют положительный электрический заряд, а электроны — отрицательный. В нормальном состоянии атом электрически нейтрален, поскольку количество протонов равно количеству электронов. Однако под действием определенных сил некоторые электроны могут отрываться от своих атомов и свободно перемещаться в веществе. Такие электроны называются свободными электронами. Именно наличие свободных электронов определяет способность вещества проводить электрический ток. Вещества, в которых много свободных электронов, называются проводниками. Это в первую очередь металлы: медь, алюминий, серебро, золото и т.д. Вещества, в которых свободных электронов почти нет, называются диэлектриками или изоляторами. К ним относятся резина, пластик, стекло, сухая древесина и т.д. Таким образом, электрический ток — это упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов. В металлах носителями таких зарядов являются именно свободные электроны. Теперь разберемся с напряжением. Чтобы заставить электроны двигаться в одном направлении, необходимо создать определенную электрическую силу. Эта сила создается источником питания, например, батарейкой или аккумулятором. На одном полюсе источника питания создается избыток электронов (это отрицательный полюс), а на другом — их недостаток (положительный полюс). Разница в количестве зарядов на этих полюсах называется напряжением. Напряжение измеряется в вольтах. Если мы соединим эти полюса проводником, электроны начнут двигаться от минуса к плюсу — возникнет электрический ток. Третий важный параметр — электрическое сопротивление. При движении электронов через вещество они сталкиваются с атомами этого вещества. Эти столкновения препятствуют свободному движению электронов. Это препятствие называется сопротивлением. Сопротивление измеряется в омах. Различные материалы обладают разным сопротивлением. Например, медь имеет очень низкое сопротивление, поэтому из нее делают провода. А вольфрам имеет высокое сопротивление, поэтому при прохождении через него тока он сильно нагревается, что используется в лампах накаливания. Все эти три параметра — ток, напряжение и сопротивление — взаимосвязаны основным законом электротехники — законом Ома. Закон Ома гласит, что ток в участке цепи прямо пропорционален напряжению на этом участке и обратно пропорционален его сопротивлению. Математически он записывается как I равно U деленное на R. Где I — это ток в амперах, U — напряжение в вольтах, а R — сопротивление в омах. Понимание этого закона позволяет рассчитывать любые простые электрические цепи. Например, мы можем узнать, какой ток будет в цепи, если мы знаем напряжение батарейки и сопротивление лампочки. Или наоборот, какое сопротивление должен иметь резистор, чтобы ограничить ток до нужного нам значения. Теперь перейдем к более камень будет не очень хорош, потому что камень мы можем толкнуть, и он покатится даже по ровной поверхности, даже если такая поверхность идет в гору, верно, если приложить к нему достаточно силы. А вот для электронов как раз необходимо наличие разницы, условно говоря, высот, разности потенциалов. То есть здесь у нас есть какое-то определенное количество зарядов, верно? Здесь должно быть преобладающее количество зарядов, которое затем формирует силу, с которой можно перемещать электрические заряды и тем самым будет сформирован электрический ток. Напряжение измеряется в вольтах, а электрический ток обозначается, верно, часто буквой I и измеряется в амперах. Здесь мы будем показывать V и U. Переменный ток может обозначаться по-другому строчной буквой i и строчной буквой u. Но пока переменный ток мы трогать не будем. И здесь обратите внимание, чем больше высота, тем естественно, с большей силой в итоге, верно, камень упадет на землю. Точно так же и с током. Чем выше напряжение, тем больше ток большей величины будет течь, при прочих равных условиях. Измерить напряжение мы можем с помощью самого простого мультиметра. Это, конечно, далеко не лучший вариант, но тем не менее самый дешевый. Как пользоваться мультиметрами, есть отдельное видео на канале. Точно так же эти видео есть и на украинском канале. Даже немного более подробно касательно разных мультиметров. Для измерения напряжения батарейки, верно, нам нужно просто подключить параллельно к ее полюсам. И мы видим, напряжение этой батарейки составляет 1,31 В. Если мы измерим напряжение пальчиковой батарейки, то видим ее значение 1,61 Вольт. Свежая ли батарейка, полностью ли заряжен аккумулятор. Подобным образом измеряется напряжение различных других источников питания. Здесь мы можем измерить, например, напряжение девятивольтовой батарейки. Мы видим ее напряжение 9,57 В. Если соединять аккумуляторы или батарейки последовательно, то их напряжение будет увеличиваться, оно будет складываться. Просто при параллельном соединении у них будут складываться емкости, а напряжение останется прежним. Но сейчас нас больше интересует последовательное соединение батареек, аккумуляторов, чтобы мы могли набрать большее напряжение и проводить различные эксперименты. В данном случае мы видим три батарейки, соединенные последовательно и мы можем сразу же измерить их суммарное напряжение. Мы видим 4,77 В, поскольку напряжение каждой батарейки составляет чуть больше 1,5 В, поэтому суммарное напряжение больше 4,5 В. Точно так же мы можем измерить напряжение двенадцативольтовой батарейки. Мы видим 12,3 В. Теперь обратите внимание, чтобы электрический ток тек, то есть чтобы сформировался электрический ток, одного источника напряжения, верно, и потребителя, то есть лампочки, например, или нагрузки, недостаточно. Электрическая цепь должна быть еще и замкнутой. Только в замкнутой электрической цепи будет течь электрический ток. Точно так же, как и с водой в водопроводе. Если мы закроем кран, вода перестанет течь. Здесь с электричеством тоже наблюдается некоторая аналогия. Если мы сейчас измерим напряжение, то обратите внимание, это же напряжение будет и на батарейке, и на лампочке, почти 12 В. А вот для измерения тока нам нужно разомкнуть электрическую цепь и подключить последовательно с нагрузкой и источником питания. Но заранее нам, естественно, нужно переключить мультиметр в соответствующий режим. В данном случае у нас здесь ток будет более 200 мА, поэтому переключатель ставим на отметку 10 А, а щуп мы переставляем в гнездо для измерения тока максимум до 10 А. Теперь берем, например, этот красный щуп, соединяем его со свободным концом лампочки и черным щупом замыкаем цепь. И мы видим, ток у нас составляет 0,41 А или 410 мА. Подобное действие мы можем проделать, когда подключаем светодиодную ленту. Возьмем светодиодную ленту, уберем лампочку, прикоснемся плюсом к плюсу. Можно и наоборот, минусом к минусу и затем с плюсовой стороны подключить. И теперь через мультиметр, подключенный последовательно, замыкаем цепь и видим, ток у нас составляет -1 ампер. Почему минус? Потому что красным щупом я прикоснулся к минусовому полюсу источника питания. То есть батарейки. Если я поменяю щупы местами, этот минус на мультиметре исчезнет, верно. И мы видим, потребляемый ток этой лентой светодиодной составляет около 1 А. А вот если мы возьмем светодиод любого цвета с резистором 1000 Ом, подключенным последовательно, замыкаем, верно, видим светодиод светится. И теперь опять в разрыв электрической цепи вставляем щупы мультиметра и видим, мультиметр у нас показывает довольно низкое значение, 0,01 А, верно, это где-то около 10 мА. Затем переключаем мультиметр в диапазон 200 мА. Ну, можно сразу на 20. И переставляем щуп этого мультиметра в другое гнездо для измерения миллиампер. Теперь измеряем ток, протекающий через светодиод опять. И мы видим почти 9,5 мА, то есть 9,5. А теперь, если мы захотим узнать, какое напряжение на светодиоде или на резисторе, мы выполняем соответствующие действия. Переключаем мультиметр, например, на 20 В. И в данном случае щуп оставляем в том же гнезде. Мы видим, что это гнездо также предназначено для измерения напряжения. Буква V. И здесь у нас DCV. Сектор для измерения прямого напряжения. Напряжения прямого тока. Теперь замыкаем цепь. Цепь у нас замкнута. И измеряем напряжение параллельно, верно, чтобы измерить высоту, скажем так, верно, нам нужно как-то поставить, верно, один щуп в нижнюю точку, условно говоря, а второй в верхнюю, верно, точно так же, как если бы мы хотели измерить высоту чего-либо, мы бы, верно, поставили один конец линейки в нижнюю точку, а другой в верхнюю. Ну, как мы свой рост измеряем. А вот для измерения движения, например, потока воды, нам нужно вклиниться, верно, в это движение, чтобы измерить этот поток, то есть измерение тока мы выполняем последовательно, а для напряжения подключаем соответствующие щупы параллельно. И мы видим напряжение на светодиоде 2,8 В. На резисторе подключаем параллельно резистору — 9,45 В. Общее напряжение на батарейке 12,28 В. Теперь смотрите, сразу еще один нюанс. Вы, возможно, часто будете слышать такие термины, как падение напряжения, снижение напряжения и так далее. О чем идет речь? Речь идет вот о чем. Вот это вот общее напряжение батарейки сейчас. Когда мы измеряем напряжение на резисторе, часто говорят просто, верно, напряжение на резисторе, но могут сказать падение напряжения на резисторе или снижение напряжения на резисторе. На резисторе, верно, напряжение снизилось сейчас на 9,45 В относительно, верно, общего напряжения 12,28. А на светодиоде напряжение снизилось на 2,81 В. Поэтому могут точно так же сказать: либо прямое падение напряжения на светодиоде, либо прямое напряжение светодиода, либо просто напряжение светодиода, либо снижение напряжения светодиода. Это все одно и то же. И также важный момент сразу в плане терминологии в электронике: напряжение и электродвижущая сила. Напряжение и электродвижущая сила измеряются аналогично в вольтах, аналогично тем способом, как мы только что сделали. И вот давайте, например, возьмем опять сейчас светодиодную ленту. И посмотрим, в отсутствие нагрузки, то есть подключив светодиодную ленту, у нас напряжение одной величины. В данном случае, если хотят четко обозначить батарейку без нагрузки, то есть без подключенного к ней чего-либо, могут сказать просто ЭДС, электродвижущая сила батарейки или любого другого источника питания. Когда мы подключаем нагрузку, обратите внимание, напряжение несколько снижается. Позже мы посмотрим, почему это происходит. И в данном случае уже говорят напряжение батарейки. То есть вот так вот у нас будет ЭДС батарейки, а вот так вот, верно, с нагрузкой это будет напряжение батарейки. Но аналогично могут сказать и так: напряжение батарейки или напряжение без нагрузки или напряжение холостого хода или батарейка на холостом ходу и так далее, ее напряжение. То есть могут иногда сказать ЭДС, а могут и не сказать. Почему ЭДС? Верно, электродвижущая сила — это именно та сила, которая заставляет электрические заряды двигаться. Ну и напряжение тоже, верно, заставляет электрические заряды двигаться, но не само напряжение, а более точно, верно, можно сказать, именно сила, которая формируется именно за счет наличия напряжения. ЭДС часто обозначается буквой Е, и вы можете увидеть Е там 12 В, верно, может быть так. V 12 В, может быть U 12 В, ну или любое другое, верно, напряжение. Все это в какой-то степени одно и то же, хотя некоторые различия, верно, я объяснил. ЭДС источника питания — это без нагрузки, а напряжение — это с нагрузкой. Позже мы посмотрим, почему это происходит. Теперь обозначим следующее. С точки зрения электроники, электротехники, все источники питания можно просто обобщить как источник электрической энергии или источник питания или источник напряжения и так далее. А вот, например, лампа накаливания, светодиодная лента, резистор, светодиод, электродвигатель, да что угодно. Это называется просто потребителем электрической энергии. Но все логично, верно, есть источники, есть потребитель. Также потребитель называется еще и нагрузкой. Почему нагрузка? Потому что в отсутствие, верно, нагрузки у нас ток не течет и, естественно, батарейка или элемент питания, скажем так, не нагружены. Верно, не нагружены, то есть электрическим током. Как только мы подключаем какую-то нагрузку, у нас течет ток и источник питания как бы нагружается, верно, соответственно, и называется нагрузкой. И чтобы заряды могли перемещаться от источника питания, верно, к потребителю и выполнять полезную работу, например, просто, верно, зажечь лампочку или светодиод, необходимо, чтобы электрическая цепь была замкнута, проводящими элементами, то есть проще говоря, проводами, верно, металлическими проводами. Хотя ток у нас может течь и в газе, и в жидкостях. По отношению к электрическому току мы можем показать это так. А электрический ток — это мы можем показать ЭДС или напряжение. Но по отношению к электрическому току любая нагрузка, потребитель — это не что иное, как сопротивление. В цепях переменного тока чаще говорят не просто сопротивление, а комплексное сопротивление или импеданс. Но опять же эти вопросы уже рассматривались на этом канале, что такое импеданс. Но мы не будем сейчас касаться цепей переменного тока, скажем так, просто сопротивление. Впервые термин сопротивление был введен Георгом Симоном Омом. И это довольно удачное название, потому что нагрузка оказывает сопротивление электрическому току. Чем выше сопротивление нагрузки, тем сильнее она сопротивляется электрическому току. То есть все логично, без какого-либо заучивания достаточно выбрать удачный термин. И обратите внимание, я сейчас этого делать не буду. Но если мы просто закоротим батарейку с минимальным, верно, сопротивлением, то мы сделаем короткое замыкание. Электрическим зарядам. Будет оказано минимальное сопротивление. А вот если мы подключим какую-то другую нагрузку с сопротивлением большим, чем просто кусок провода, то такая нагрузка уже окажет некоторое сопротивление электрическому току, то есть будет препятствовать протеканию электрического тока. И теперь, естественно, возникает вопрос: как же связаны между собой напряжение, ток и сопротивление? То есть эти три основных параметра любой электрической цепи. И как только что было озвучено, верно, с точки зрения логики достаточно ввести, верно, правильный, удобный термин сопротивление, мы уже можем сами понять, верно, что ток, а это, кстати, было установлено Георгом Симоном Омом. Позже эта закономерность получила название закон Ома, будет равен без всяких корней, квадратов, интегралов и так далее. В числителе у нас будет напряжение, а в знаменателе сопротивление. И здесь мы четко видим, если наше сопротивление увеличится в два раза, то ток уменьшится в два раза при том же значении напряжения. Если мы увеличим напряжение в два раза, то ток также четко вырастет в два раза. То есть, если мы поднимем этот камень на величину в два раза большую, верно, то он с большей силой ударится о землю. Для электрического тока эта закономерность очень проста. Пропорционально, верно, мы видим, что нам дает эта закономерность. Она открывает нам возможности для проектирования различных электрических, электронных устройств, то есть тех устройств, в которых протекает электрический ток. И мы можем заранее, верно, уже предугадать, какое сопротивление нам нужно, какое напряжение нам нужно, чтобы обеспечить соответствующий ток. Или при соответствующем токе, обеспечить соответствующий ток, при заданном напряжении, какое сопротивление нам нужно. То есть мы не будем действовать методом перебора, верно, как действовал Ом в свое время 200 лет назад. Мы можем фактически и сейчас так действовать. Давайте проведем какой-нибудь эксперимент. А точнее, рассчитаем его заранее. Тем самым мы не спалим никакие электронные компоненты. Просто не будет необходимости в этом для нас. Мы уже сможем заранее предугадать, какой будет ток, сопротивление и так далее. А из этого выражения, зная две известные величины, верно, мы можем определить третью. Например, чтобы определить напряжение, нам нужно просто знать или нам нужно знать, верно, ток и сопротивление. Чтобы определить сопротивление, нам нужно знать напряжение и ток. И эта простая, как мы видим, очень простая, логичная закономерность, которую абсолютно не нужно заучивать, верно, достаточно знать, что сопротивление сопротивляется току, и, соответственно, чем больше сопротивление, верно, тем меньше ток при, естественно, том же напряжении. Эту закономерность, вы реально должны почувствовать на любом участке электрической цепи. Со временем, конечно, такая интуиция приходит. И приходит она достаточно быстро, если понимать логику, верно, а не заучивать что-то, а просто понимать логику. Как уже было сказано, верно, любой электронный компонент или не только электронный, электротехнический в целом можно обозначить как сопротивление, верно, он обладает важным свойством, как сопротивление. В одних случаях сопротивление будет линейным, зависеть от тока, в других случаях нелинейным. Ну, пока мы эти вопросы рассматривать не будем, верно. Здесь, например, как светодиод. Лампа накаливания имеет свои особенности, верно, в холодном состоянии ее сопротивление ниже. При нагреве нити накаливания ее сопротивление выше. Двигатель также будет иметь свое эквивалентное сопротивление, меняющееся по мере вращения его вала. Да, хотя наше сопротивление здесь неизменное для обмоток, но за счет наведенной противо-ЭДС двигателем, верно, ток будет уменьшаться. Это тоже эквивалентно можно выразить каким-то значением сопротивления. Теперь давайте проведем следующий эксперимент с вами. Предположим, мы не знаем, верно, закон Ома с вами, мы просто берем светодиод случайным образом сейчас и давайте подключим его к литий-ионной батарейке. Длинная ножка — это будет наш анод или ножка, которая подключается со стороны плюса источника питания. Подключили. Вот так видим, светодиод светится. Мы, конечно, можем измерить токи, верно, узнать, не превышает ли допустимое значение или нет, но тем не менее, по крайней мере, мы видим визуально, верно, даже без измерительных приборов, что светодиод светится, верно, по крайней мере, он мгновенно не вышел из строя, несмотря на то, что мы не используем токоограничивающий резистор. Если же мы возьмем две батарейки по 1,3 В каждая, соединим их последовательно, подключим к светодиоду и видим, он уже светится гораздо тусклее. А если мы возьмем одну батарейку, то наш светодиод не загорится. Ну, здесь короткие ножки, верно, показывать будет неудобно, но мы можем показать это так с помощью резистора. Как бы мы его ни подключили, наш светодиод не будет светиться. Теперь если мы возьмем эту связку, верно, и подключим к нашим только что двум последовательно соединенным батарейкам, то видим, верно, наш светодиод тусклый, но светится. Если же мы возьмем девятивольтовую батарейку и опять наш светодиод, возьмем синий. подключаем и видим, наш светодиод сгорел, был характерный щелчок, и неприятный запах. То есть таким образом мы сожгли, верно, светодиод. Он больше работать не будет, как бы мы его ни подключали. Если мы возьмем белый светодиод или светодиод белого цвета, он у нас будет светиться и сейчас тоже, верно, выйдет из строя. Здесь он тускнеет, греется, верно, но выйдет из строя дольше. То есть видим, верно, есть какой-то параметр в этом светодиоде, который позволяет ему работать дольше, чем синий светодиод. Но если мы подключим этот светодиод к 12 Вольтам, то он мгновенно выйдет из строя. То есть мы даже не успели увидеть, как он моргнул, а он уже неработоспособен, потому что мы можем опять же проверить это на девятивольтовой батарейке. Подключаем к девятивольтовой батарейке и видим, светодиод больше не светится. То есть в данном случае мы даже не заметили, как он вышел из строя. То есть в одних случаях мы могли заметить, верно, как он плавно выходит из строя, в других можем не заметить, в третьих он не загорится, и в четвертых, верно, светодиод будет работать очень долго, верно, по заявленному сроку службы. И именно здесь закон Ома позволяет нам не сжечь, верно, проще говоря, светодиод, ну или любую другую нагрузку. Для эксперимента мы можем с вами сделать следующее. Возьмем, например, макетную плату. Кстати, как пользоваться макетными платами, верно, как их выбирать и так далее, есть тоже отдельное видео, в том числе и на украинском канале. И, естественно, с множеством примеров, разборов и так далее. Все эти моменты и многие другие рассматриваются в курсе по электронике, поскольку там нет ограничения по времени, и я могу показать даже десяток различных примеров. Возьмем, например, три резистора. Один на 1 кОм, то есть на 1000 Ом. Кстати, что я не сказал, верно, до этого, это то, что сопротивление измеряется в омах, опять же в честь ученого Георга Симона Ома, который ввел этот термин как сопротивление и установил закономерность между током, напряжением и сопротивлением. И возьмем резистор на 10 кОм. Вот три резистора у нас. И теперь мы можем с вами проверить, верно, не принимая на веру, а реально проверить, работает ли закон Ома и как он работает. В качестве примера возьмем наши эти три последовательно соединенные батарейки и сделаем так. Здесь плюс мы установим где-то здесь, верно, на макетной плате. Минус возьмем где-то здесь, сначала резистор 1 кОм и замкнем через него электрическую цепь. Но сначала давайте измерим напряжение трех батареек. Мы его уже измеряли, но тем не менее давайте сделаем это прямо перед экспериментом. Устанавливаем соответствующие разъемы щупов. И смотрим, можно использовать щупы для большего удобства в ряде случаев. Не с такими, верно, просто острыми кончиками, а с такими зажимами, чтобы мы могли подключить, верно, и освободить руки. Подключаем. Видим 4,78 В. Теперь измерим сопротивление. У нас здесь 1 кОм. Для этого переключаем мультиметр в режим измерения сопротивления. Вот наш предел 2000 Ом. Записываем R 970 Ом. Видим, верно, сопротивление фактически несколько отличается от номинального значения, но также есть погрешность измерения непосредственно самого мультиметра. Это тоже нужно учитывать. И если мы сейчас подключим резистор к цепи, мы можем увидеть, что на нем есть напряжение. Запишем. U равно 4,70, ну, пусть будет 2 или сколько? Вольт. И теперь мы можем определить ток. Для того, чтобы определить ток расчетным методом, верно, нам просто нужно напряжение 4,73 разделить на 970 Ом. И мы получим следующее значение примерно 0,0049. ампера или, если перевести в миллиамперы, это будет примерно 4,9 мА. То есть можем даже округлить, верно, у нас примерно 5 мА. Теперь переключаем мультиметр в режим измерения тока. Ставим на отметку 20 мА. Щупы мы не меняем, в своем положении, верно, разъемы для этого мультиметра. Теперь размыкаем цепь. Вынимаем, например, с этой стороны резистор. Один щуп подключаем к плюсу питания, а второй к минусу резистора. И видим, у нас получилось 4,8 мА, верно? А здесь 4,9 мА. У нас погрешность измерений и в расчетах 0,1 мА. То есть довольно низкая погрешность, учитывая, что сам мультиметр имеет соответствующую погрешность в измерениях. То есть, как мы видим, верно, закон Ома у нас работает. Теперь давайте, кстати, поставим резистор 10 кОм, то есть в 10 раз больше. 10 000 Ом. Можем опять же предварительно измерить его сопротивление. Измерим 9,73 кОм. Обратите внимание, верно, насколько ненадежно работает этот мультиметр. Поэтому я показываю его только для таких учебных целей, а на практике нужно пользоваться чем-то более качественным. И, естественно, поскольку мы увеличили сопротивление в 10 раз, наш ток должен уменьшиться в 10 раз. Вставляем резистор, верно, и измеряем ток теперь. До этого у нас было 4,8, значит теперь должно быть 0,48. Ставим на 20 мА. И опять в разрыв цепи подключаем мультиметр. Расчетный, верно, был 4,9, реальный был 4,8. А теперь мы увеличили сопротивление в 10 раз, и ток уменьшился в 10 раз. Теперь 0,48 мА. Как мы видим, верно, закон Ома работает. Теперь проведем эксперимент, который мы уже делали ранее, но рассмотрим его более подробно сейчас. Я буду использовать другой мультиметр, поскольку этот мультиметр часто глючит. Если его чуть-чуть где-то нажать, он уже показывает что-то не то. Но нам важно посмотреть показания, верно. Давайте сначала измерим напряжение холостого хода. Видим напряжение батарейки 12,28 В. Теперь подключим последовательно с резистором 1 кОм красный светодиод. Обратите внимание, напряжение снизилось всего на В. Теперь 12,27. Убираем нагрузку, напряжение возвращается к 12,28. То есть можно сказать, практически не изменилось. Если же мы подключим параллельно батарейке лампу накаливания, видим, лампочка светится и напряжение у нас просело более заметно. Теперь 12, ну, практически ноль вольт, верно, 12. Убираем нагрузку и напряжение на батарейке потихоньку поднимается. Видим, минимум напряжение просело. Теперь подключим светодиодную ленту, которую мы точно так же подключали ранее с вами. Видим, напряжение просело еще больше под такой нагрузкой, 11,75 В. И здесь, естественно, возникает логичный вопрос: куда девается часть напряжения? А часть нашего напряжения падает на внутреннем сопротивлении источника питания. Причем, неважно, какой это будет источник питания: аккумулятор, элементы питания, или девятивольтовая батарейка, литий-ионная батарейка. Более того, это может быть и трансформаторная обмотка. Там будут свои причины возникновения внутреннего сопротивления. Если рассматривать химические источники тока, верно, к которым относятся элементы питания и аккумуляторы, то природа внутреннего сопротивления такова, что ток, когда мы замыкаем электрическую цепь, давайте еще раз замкнем, он фактически течет у нас не только через лампочку, но и через внутреннее, скажем так, содержимое батарейки, поскольку ток у нас может течь только в замкнутой электрической цепи. И, соответственно, часть напряжения от ЭДС батарейки, ее электродвижущей силы, упадет на нагрузке, то есть на лампочке, а часть на самом внутреннем сопротивлении батарейки или любого другого источника питания. Мы можем изобразить это вот так вот с вами для лучшего понимания процесса. Любая батарейка, элемент питания или несколько элементов питания в электрических схемах обозначаются следующим образом. Покажем это. Вот так сначала плюс-минус. Это один элемент какой-то. Ну, например, один элемент. А если их три, или у нас батарейка, то есть несколько их, верно, то они обозначаются вот так. Любая нагрузка, неважно, лампочка и так далее, ну вот, например, лампа накаливания в схемах обозначается вот так, светодиод обозначается вот так, резистор вот так. Ну, в западной, скажем так, литературе обозначается вот так. И вот теперь, когда мы подключили лампочку, например, верно, к батарейке, мы можем изобразить эту схему вот так. Покажем это. Это наша лампа накаливания. По нашей схеме течет ток и лампочка представляет для нас сопротивление. И это у нас, ну, покажем, 12 В, хотя у нас не ровно 12 там, верно. Это, собственно, вся схема. И ток течет по полностью замкнутой цепи. как мы видим, и через источник питания. Но фактически мы показали это, скажем так, идеальный вариант. В реальном случае последовательно с источником питания показывают сопротивление его внутреннее сопротивление. И также обозначают его как R внутреннее. И в самом общем случае, давайте перерисуем эту схему. Она будет выглядеть вот так. Батарейка. Затем ее внутреннее сопротивление. И покажем здесь ее клеммы. Плюс-минус. Ну, или зажимы, или что угодно. То есть эти полюса: плюс-минус аналогично здесь, плюс-минус аналогично здесь плюс-минус и, естественно, здесь, верно, плюс-минус. Вот что мы видим. И это внутри, скажем так, верно, скрыто. И вот с этой точки зрения здесь уже нужно будет точно различать не просто напряжение, а ЭДС. ЭДС источника питания и его внутреннее сопротивление. И на выходе, когда у нас разомкнута цепь, мы действительно с вами получаем ЭДС, верно, поскольку у нас нигде нет падения напряжения. Но как только мы подключаем нагрузку, покажем ее просто в виде сопротивления, верно, в виде резистора какого угодно. Это может быть лампочка и так далее, но в общем случае обозначают ее просто как Rl R нагрузки. Это может быть светодиод, как я сказал, верно, что угодно. И вот теперь обратите внимание на такой момент. Когда у нас замкнута цепь, у нас течет ток, и он течет у нас как через нагрузку, так и через внутреннее сопротивление, то есть по кругу. Цепь замкнута. Ток течет одной и той же величины. Здесь у нас будет одна и та же величина тока как через это сопротивление, так и через внутреннее, верно, сопротивление. И мы знаем, по закону Ома, покажем это. I равно напряжение деленное на сопротивление. Соответственно, напряжение у нас будет равно ток умноженное на сопротивление. Смотрите, здесь у нас ток, у нас сопротивление. Значит, здесь у нас будет какое-то снижение напряжения происходить. Покажем напряжение на нагрузке. И здесь у нас, смотрите, будет какое-то, естественно, снижение напряжения U внутреннее происходить. Покажем это вот так. И в данном случае оно будет равно I умноженное на R внутреннее, а здесь у нас будет, верно, равно по закону Ома, тот же ток, но умноженный на сопротивление нагрузки. Таким образом, что мы здесь с вами видим? Что как только мы подключили нагрузку, цепь замкнулась и в цепи начал течь ток. Но за счет наличия тока происходит снижение напряжения, верно, или падение напряжения на соответствующих, верно, резисторах. И теперь эти ЭДС, покажем 12 В. Просто уже часть этого напряжения или часть ЭДС упадет на этом внутреннем сопротивлении. И затем к этой нагрузке сюда пойдет напряжение. Покажем просто U нагрузки. Оно будет меньше величины на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника питания. Поэтому, когда мы разомкнули цепь, у нас ток не течет, у нас, соответственно, падение напряжения не создается тоже. И нам неважно, какой величины внутреннее сопротивление. Поскольку ток не течет, значит, падение напряжения на нем не происходит. Как только мы замкнули цепь, ток течет, часть напряжения снижается, верно, на внутреннем сопротивлении, и теперь к нагрузке идет уже меньшее напряжение. Соответственно, как только мы подключаем нагрузку, верно, то мы уже получаем напряжение здесь, верно, разомкнули нагрузку, у нас электродвижущая сила. Мы можем даже вот так с вами сделать. Давайте подключим лампочку сейчас, она фактически имеет некоторое сопротивление. Включим мультиметр. Поставим минус к минусу. И смотрим, я измеряю напряжение, будь то здесь при разомкнутой цепи это 12,24 В, будь то даже после лампочки я измеряю напряжение. Точно такое же 12,24 В. Поскольку цепь не замкнута, поскольку сам мультиметр представляет, верно, высокое сопротивление его, сопротивление относительно батарейки, то, соответственно, верно, падение напряжения не происходит ни на внутреннем сопротивлении батарейки, ни на лампочке. Но как только, верно, мы с вами замкнем цепь, видим, лампочка загорелась и напряжение сразу же снизилось. Напряжение снизилось в этот момент не только, верно, на нагрузке, то есть на лампочке, но и на внутреннем сопротивлении батарейки или любого другого источника напряжения. Но, зная закон Ома, верно, просто обычный, скажем так, который также называется закон Ома для участка цепи, мы можем определить внутреннее сопротивление. Каким образом? Мы измерили напряжение в отсутствие нагрузки, подключили нагрузку, верно, измерили напряжение с вами при наличии нагрузки. И измерили ток. И затем из ЭДС вычли напряжение, получили остаток напряжения, верно, который будет на этом резисторе. И затем, зная ток и остаток напряжения, определяем внутреннее сопротивление. Но внутреннее сопротивление следует знать, что оно имеет нестабильную величину, то есть по мере разряда батарейки это напряжение будет увеличиваться. И Георг Симон Ом точно так же, проанализировав эти моменты, пришел к выводу, что источник питания характеризуется внутренним сопротивлением, и предложил вторую, верно, закономерность. Ток теперь в замкнутой электрической цепи, содержащей источник ЭДС, будет равен величине ЭДС, деленной на сумму внутреннего сопротивления плюс сопротивление нагрузки. Таким образом, покажем это. Это наш закон Ома для участка цепи. Он распространяется на любой участок электрической цепи. А этот закон Ома для полной, также называемой электрической цепи, учитывает внутреннее сопротивление источника ЭДС. И, естественно, чем меньше внутреннее сопротивление источника питания, тем меньше при том же значении тока будет падение напряжения на нем, и большая величина от ЭДС пойдет на нагрузку. В ряде случаев, когда наше сопротивление нагрузки значительно превышает внутреннее сопротивление в 10 раз, верно, например, в 100 раз, то внутренним сопротивлением можно пренебречь, поскольку оно будет составлять малую долю здесь. Например, здесь у нас будет 1000 Ом нагрузки, верно, а здесь 1 Ом, и наш ток практически, верно, не изменится. И наше падение напряжения на внутреннем сопротивлении будет иметь пренебрежимо малую величину и может быть просто проигнорировано. Поэтому, когда мы с вами подключали резистор, верно, со светодиодом, даже если пренебречь сопротивлением светодиода, то наше сопротивление резистора 1000 Ом. А, например, внутреннее сопротивление литий-ионной батарейки находится в диапазоне до 5 Ом. То есть сопротивление нагрузки будет в 1000 раз больше внутреннего сопротивления такой батарейки. Девятивольтовая батарейка будет иметь большее внутреннее сопротивление, поэтому здесь снижение напряжения будет ощущаться сильнее при той же величине нагрузки. И поэтому, когда мы изначально, верно, проводили эксперимент с резистором и светодиодом с вами, мы видели, что напряжение, верно, практически не изменилось на батарейке, потому что у батарейки есть свое внутреннее, верно, сопротивление, которое будет значительно меньше сопротивления нагрузки. Но как только мы подключаем более мощную нагрузку с вами, а что означает более мощная нагрузка? Это та нагрузка, сопротивление которой будет ниже. То есть чем ниже сопротивление, тем, естественно, оно оказывает меньшее сопротивление, собственно, электрическому току, тем больший ток будет течь. И, соответственно, в этом случае даже при той же самой величине внутреннего сопротивления за счет увеличения тока будет увеличиваться напряжение, верно, по закону Ома, на этом внутреннем сопротивлении. И, естественно, уже меньшее напряжение, верно, величина от ЭДС пойдет на нагрузку. Собственно, то, что мы, верно, с вами наблюдали, проведя соответствующие эксперименты ранее. И то, что мы с вами только что проанализировали, это достаточно важный момент, потому что многие радиолюбители только спустя долгое время начинают понимать, почему в одних случаях напряжение на батарейке снижается, верно, при подключении одной нагрузки, а в других не снижается. В каких случаях его нужно учитывать? В каких случаях его не нужно учитывать. Верно. Если у нас сопротивление нагрузки? Заключим еще раз, будет намного выше сопротивления внутреннего источника ЭДС. Тогда это падение напряжения на нем будет пренебрежимо малой величиной. И мы можем сказать, что вся ЭДС источника питания пойдет на нагрузку. Многие электронные устройства представляют собой набор различных электронных компонентов, соединенных друг с другом определенным образом. И даже если взять самую простую светодиодную ленту, мы заметим здесь с вами, что она состоит из трех последовательно соединенных светодиодов с подключенным к ним последовательно резистором. А между собой эти элементы соединены параллельно, то есть получается последовательно-параллельное соединение. Подобным образом могут быть соединены и различные другие электронные компоненты. В качестве примера давайте сначала рассмотрим последовательное соединение самых простых из простых электронных компонентов — резисторов. Если мы возьмем один резистор, соединим его со вторым резистором и затем соединим его с третьим резистором таким образом, чтобы получилась своего рода гирлянда, то это именно последовательное соединение. Мы можем показать это на макетной плате. Возьмем резистор 1 кОм. Затем 3 кОм соединим последовательно с резистором 1 кОм, который также соединим последовательно с резистором 10 кОм. При последовательном соединении резисторов, верно, да и фактически любых других электронных компонентов, их общее сопротивление, которое также называется эквивалентным сопротивлением, результирующим сопротивлением, суммарным сопротивлением, представляет собой именно сумму сопротивлений всех последовательно соединенных резисторов. Мы можем с вами в этом убедиться, если измерим сопротивление каждого из резисторов. Сопротивление этого резистора почти 1 кОм, второго почти 3 кОм, третьего почти 10 кОм. Естественно, если мы измерим сопротивление двух резисторов, видим, верно, у нас сопротивление почти 4 кОм. Ну, можем округлить, скажем 4, верно, кОм. Из этих двух получаем почти 13 кОм. И теперь всех трех резисторов получаем почти 14 кОм. И здесь мы должны понять простое логическое правило, которое, собственно, нам даже заучивать не нужно. Оно звучит так: при последовательном соединении — больше наибольшего. Что нам это говорит? Что если мы к резистору, сопротивление которого, например, 1000 Ом, добавим или подключим резистор с сопротивлением хотя бы 1 Ом, то результирующее, верно, сопротивление будет выше, то есть больше наибольшего. Как мы видим, это вполне логично, верно, поскольку мы просто складываем сопротивления. Также с точки зрения логики мы можем заметить следующее, что, например, верно, когда у нас два резистора, ток испытывает одно, верно, сопротивление, то есть он встречает два препятствия, условно говоря. Если мы добавим еще один резистор последовательно, то ток уже теперь встречает больше препятствий на своем пути, и, соответственно, его величина уменьшается. То есть, добавляя последовательно хотя бы минимальное сопротивление, наше общее сопротивление все равно несколько увеличится и, соответственно, ток несколько уменьшится, верно, на величину этого сопротивления. Также здесь мы должны понимать следующее, что ток течет одной и той же величины через все сопротивления, которые соединены последовательно друг с другом. И несмотря на то, что сопротивление этого резистора 1 кОм, а этого 10, то есть в 10 раз больше, тем не менее ток будет течь равной величины через все эти три сопротивления. Если мы добавим четвертое сопротивление, ток изменится, верно, уменьшится, установится его новое значение, но этот ток будет течь равной величины уже через все четыре сопротивления. Если мы уберем одно сопротивление, ток увеличится, но опять же он будет течь одной и той же величины через все последовательно соединенные компоненты. И неважно, будут ли это либо резисторы, либо светодиоды, верно, мы можем соединить несколько светодиодов последовательно. Убедимся в этом. Сейчас нас больше будет интересовать ток. Напряжение, верно? Поскольку у нас будет одинаковый ток, но разное сопротивление, то, естественно, по закону Ома, напряжение на каждом резисторе, верно, тоже будет отличаться, если сопротивления разные. И на том резисторе, у которого сопротивление больше, будет происходить большее падение напряжения, или, проще говоря, на нем будет большее напряжение. Ну, давайте сначала тогда измерим напряжение, верно? Возьмем, скажем, опять 4,5 В, например, наш источник питания и давайте подключим к концам этих резисторов. Измеряем общее напряжение. Видим 4,7. Далее видим напряжение здесь 0,3 В, верно, 0,3. Здесь на трехкилоомном резисторе 1,2 В. И здесь наибольшее, верно, напряжение на наибольшем сопротивлении. Теперь измерим ток. Переключимся на 20 мА. Хотя ток здесь наверняка будет меньше. И давайте, например, разомкнем здесь эту цепь. Измеряем ток. Видим 0,34 мА. Ну давайте тогда переключим мультиметр на 2 мА. Видим 0,343 мА. Теперь мы можем, верно, замкнуть и, например, разомкнуть цепь вот здесь. Видим, опять 0,343 мА. Будь то после этого резистора, верно? Будь то, например, после этого резистора? Аналогично, будь то после третьего резистора эта точка сначала даже несколько, скажем так, сбивает с толку начинающих радиолюбителей по одной простой причине, потому что при работе с электричеством или с какими-то другими физическими величинами мы проводим ассоциации с теми, верно, физическими величинами, которые нам уже известны. И, например, если мы с вами, покажем, пусть это будет дорога для нас, верно, и покажем здесь. У нас есть какой-то подъем, ровная местность, еще подъем, еще ровная местность, спуск, ровная местность, спуск и так далее. То есть разный уклон. И если у нас здесь движется автомобиль, то с одинаковыми усилиями его, то есть с одинаковой мощностью по ровной местности он будет двигаться с одной скоростью. Здесь он будет двигаться явно с меньшей скоростью. Здесь опять с той же скоростью. Здесь опять будет двигаться медленно. Здесь опять с той же скоростью. Здесь он уже будет двигаться быстрее, верно. Здесь он будет двигаться с той же скоростью, верно, и здесь он будет двигаться быстрее. То есть, казалось бы, путь меняется, верно, имеет разное сопротивление или создает разное сопротивление движению

автомобиля, следовательно, и скорость его будет разной. И это можно перенести, скажем, на электрическую цепь. И казалось бы, здесь у нас ток будет больше, да, потом будет меньше, потом еще меньше. Но тем не менее, как мы с вами увидели, здесь будут разные напряжения. Здесь будет меньше, да, здесь больше и еще больше. Но ток будет течь одной и той же величины. Например, мы можем сейчас с вами поступить таким образом. Возьмем три последовательно соединенные литий-ионные батарейки, соединим их, и получим 12 В. Можно использовать и такую батарейку, да, но вот эта получается меньших таких размеров и просто удобнее в использовании. И просто удобнее в использовании их для проведения экспериментов. И сейчас, например, мы можем с вами взять, ну, возьмем два светодиода или возьмем три. Эти резисторы мы можем убрать светодиоды мы соединим последовательно. Больший вывод – это у нас условный плюс, меньший минус. Да, опять же придется к меньшему, больше, скажем, короткому подключить длинный. И аналогично дальше мы можем поступить таким образом. И можем подключить сначала здесь резистор 300 Ом. Вот. И сейчас подключим плюс к резистору, минус к последнему светодиоду. И видим, все три светодиода, да, загорелись. Через них, опять же, и через резистор будет течь ток одной и той же величины. Поэтому мы можем что с вами сделать? Мы можем убрать этот светодиод убрать, взять резистор, поставить его между этими светодиодами, а этот светодиод поставить вот сюда. То есть мы можем компоненты менять местами как угодно, поскольку их сопротивление общее не изменилось, а ток течет одной и той же величины. Мы можем, да, поступить таким образом. Не имеет значения, будет ли у нас резистор идти первым, или вторым, или третьим, или последним, это не имеет значения, поскольку ток будет одной и той же величины. Поэтому опять же здесь бывает у начинающих радиолюбителей, да, возникают вопросы. Если у нас три последовательно соединенных светодиода, да, покажем схему. А потом мы подключили резистор 300 Ом. Здесь мы можем иметь и меньшее сопротивление. И тогда мы подали сюда плюс-минус, да, 12 В. Мы можем просто показать вот так, да, или можем показать, как показано, да, еще и по-другому, да, 12 В. Ну, чтобы не рисовать это долго, обычно показывают клеммы, типа плюс-минус 12 В. И когда дается такая схема, а потом, например, я или кто-то другой собирает ее таким образом, что у нас сначала, да, идут светодиоды, а потом резистор, то есть схема выглядит вот так. Перерисуем ее здесь ниже, то такой вариант почти выдается за ошибку. Типа, на схеме показано так, а на плате собрано по-другому, значит, эта схема неправильная, да? Или эта схема неправильная. Но поскольку мы видим, это последовательная цепь, ток будет течь одной и той же величины, не имеет значения, сначала через резистор, или потом через резистор. Отлично. Теперь давайте рассмотрим параллельное соединение компонентов, да, в этом случае мы опять же возьмем наши три резистора. При параллельном соединении выводы этих резисторов, да, просто параллелятся. Один. Сделаем так. Один. 2 и 3. Давайте сейчас сразу же измерим сопротивление этих трех параллельно соединенных резисторов. Мы видим эквивалентное сопротивление или результирующее сопротивление 689 Ом или 0,689 кОм. Да, поскольку у нас здесь знак килоом. А минимальное сопротивление здесь 1 кОм. Из этого мы можем сразу же, да, заметить второе правило. Для параллельно соединенных компонентов, в частности резисторов, действует условное правило, опять же, меньше наименьшего. То есть у нас наименьшее сопротивление 1 кОм, но если мы к нему подключим какое-то другое сопротивление параллельно, то эквивалентное сопротивление уменьшится и станет немного или совсем, да, значительно меньше наименьшего. С точки зрения логики мы можем себе это обозначить таким образом, что когда ток подходит к этим, да, трем параллельно соединенным сопротивлениям, для него появляются альтернативные пути. Да, если у нас изначально был резистор 1 кОм, да, один только, у него был один путь протекания. Когда мы подключили 3 кОм, появился еще один путь для него, то есть сопротивление для него уже несколько уменьшилось, поскольку он может течь и так, да, и так. А если третий, то тоже так, да, и в зависимости от этих сопротивлений. То есть пути протекания тока увеличиваются. Поэтому, понимая только эти моменты, да, вполне логичные и элементарные, больше наибольшего для последовательного соединения, да, и меньше наименьшего для параллельного, мы уже можем анализировать более различные сложные цепи с транзисторами, с микросхемами. Если где-то у нас транзистор открывается, да, это значит, его сопротивление уменьшается. И если он еще что-то шунтирует собой, да, подключен параллельно чему-то, то значит, эквивалентное сопротивление уменьшается, значит, где-то ток увеличивается и так далее. Однако здесь такой нюанс, да, следует учесть. Давайте покажем схему соединения трех резисторов. Это будет, скажем, резистор R1 для нас, этот R2, этот R3, R1, R2, R3. Ну и можем показать их номинальные значения. Сопротивление этого резистора пусть будет примерно 1 кОм в нашем случае. Хотя мы видели, да, все эти сопротивления, они несколько ниже. Затем 3 кОм и 10 кОм. И их точки соединяются, точнее, да, выводы соединяются в одну электрическую точку с одной стороны и в электрическую точку с другой стороны. Или электрический узел, как его еще называют, да, место, где соединяются три или более ветвей. Это ветвь для нас. Просто в этой ветви у нас только один компонент. Но, например, эта ветвь, да, если бы у нас была, то она состоит из четырех компонентов, соединенных последовательно. То есть ветвь в электротехнике, да, это набор последовательно соединенных компонентов. Будь то один компонент может быть ветвью, или будь то 1001. В этом случае уже складывается не сопротивление, а обратные сопротивления. Что такое обратное, да, сопротивление? Сопротивление для нас это просто R, а обратное – это 1 деленное на R. Аналогично, да, если показать на числах с вами, то число пять, ну, скажем, условно, да, это будет прямое число, а обратное число, если мы единицу разделим на пять, и тогда получим, да, это будет 0,2, то есть прямое число – пять, а обратное – 0,2. Поэтому, как мы находим сопротивление здесь? 1 деленное на R эквивалентное, то есть сопротивление, да, этих трех резисторов сразу будет равно 1 деленное на R1 плюс 1 деленное на R2 и плюс 1 деленное на R3. Если их будет сто таких, тысяча, да, то можем показать плюс плюс на Rn 4 5 6 7 8 10 100 и так далее. Но нас пока, да, интересует три. Теперь смотрите, для того, чтобы нам найти именно R, а не 1 деленное на R, нам нужно, давайте покажем, единицу разделить на вот это вот все значение. То есть мы получим вот так: 1 деленное на (1 деленное на R1 плюс 1 деленное на R2 плюс 1 деленное на R3). И если их будет 100, то плюс плюс плюс 1 деленное там на какой-то Rn. Теперь подставим наши значения и получим 1 деленное на 1 деленное на R1 у нас 1. Килоомы мы можем, да, убрать, поскольку у нас везде килоомы. 1 деленное на 1 плюс 1 деленное на 3 и плюс 1 деленное на 10. И получим 0,699 кОм или это будет равно 699 Ом. И мы измеряли с вами и давайте измерим еще раз. У нас будет, да, несколько меньшее сопротивление, поскольку сопротивление каждого из резисторов, да, будет ниже заявленного. Мы видим, 689 Ом, а здесь 699. Ошибка у нас 10 Ом. 10 Ом из 700 Ом – это будет ошибка менее 5%. На практике чаще всего вы можете встретить такое выражение, но оно применимо только тогда, когда у нас два резистора всего лишь соединены параллельно. Не три, не четыре, не пять, а ровно два. Тогда R эквивалентное будет равно R1 умноженное на R2 и деленное на R1 плюс R2. Но начинающие радиолюбители часто хотят приписать вот так, да, на три раза R3 и плюс R3. И так далее. Это уже будет неправильно, поскольку вот это R эквивалентное получается математически, да, из вот этого выражения для двух параллельно соединенных резисторов. Для трех оно уже так работать не будет. То есть нельзя в знаменателе приписать R3, а в числителе умножить на R3. И мы можем опять же с вами это проверить. Давайте вытащим резистор 10 кОм, оставим 1 кОм. И подставим сюда соответствующее значение. Запишем. 1 умноженное на 3, а здесь 1 плюс 3. И получим 3/4. А 3/4 мы сами хорошо знаем, это 0,75. 0,75 кОм или 750 Ом. Кстати, все вполне логично по цифрам. Смотрите, мы убрали одно параллельное сопротивление. Значит, у нас теперь два параллельных сопротивления, которые должны быть эквивалентны большему, чем когда у нас три, да, сопротивления. Если мы посмотрим, да, здесь у нас было 700 Ом, мы вытащили один резистор, несмотря на то, что он наибольшего, да, сопротивления в 10 кОм. У нас сопротивление несколько увеличилось, стало 750 Ом. Таким образом мы можем, да, также одновременно анализировать схемы, правильно ли мы производим расчеты. И если мы опять же измерим сопротивление этих двух параллельно соединенных резисторов, то мы видим у нас 0,741 кОм или 741 Ом. Ну и поскольку, да, сопротивление несколько ниже, а здесь 750. То есть, как мы видим, все прекрасно совпадает у нас, несмотря на такие небольшие расхождения, которые всегда будут, скажем так, неизбежны, поскольку и резисторы имеют какой-то допуск, да, от своего номинального значения, и измерительные приборы. Ну, обо всех этих вопросах я подробно уже рассказывал на украинском канале, и ранее в предыдущих видео, на соответствующем канале, на этом. Теперь еще один важный момент касательно параллельного соединения. При параллельном соединении, давайте покажем здесь наши условные 12 В. Напряжение на всех параллельно соединенных компонентах будет одной и той же величины. То есть на всех резисторах будет по 12 В. Будет ли здесь два резистора, 3, 10 или 110, поскольку они будут соединены параллельно для нас, напряжение на них будет равной величины, а ток в каждой ветви будет определяться непосредственно сопротивлением. И чем больше сопротивление, да, при одном и том же напряжении, тем, естественно, будет меньший ток, да, здесь будет наименьший ток, здесь больший, да, относительно этого, а здесь будет наибольший ток, поскольку это наиболее минимальное сопротивление. Давайте убедимся в этом с вами. Давайте опять же подключим эти три резистора. Опять же подключим 12 В и измерим напряжение. Мы видим напряжение 12,41 или 42 В. И, кстати, по-другому, да, мы никак не сможем измерить напряжение, поскольку это одни и те же точки для нас. То есть с этой, да, стороны и с этой стороны. Между ними это будут разные, да, потенциалы 12,42. То есть мы видим на всех компонентах у нас по 12,42 В. И, естественно, приложенное напряжение будет точно такое же 12,42 В. Ну а токи, да, будут у нас отличаться. Таким образом, обобщив последовательные и параллельные соединения, отметим следующее, что при последовательном соединении общее сопротивление у нас будет всегда больше наибольшего, при параллельном – меньше наименьшего. В ветви с последовательно соединенными компонентами ток будет течь через все компоненты одной и той же величины, а напряжения будут определяться резисторами, да, по закону Ома, ну, то есть сопротивлением резисторов. В параллельной ветви, да, у нас будет обратная аналогия, напряжение будет равной величины на всех компонентах, а ток будет определяться по закону Ома, сопротивлением каждого из компонентов. Отлично. Теперь можем двигаться дальше. Теперь, друзья, давайте рассмотрим еще два самых важных правила или закона, как в электронике, так и в электротехнике. Два самых важных закона функционирования электрических цепей. Это, собственно, два закона Кирхгофа. Первый и второй закон Кирхгофа. Их еще называют правила Кирхгофа, например, первое и второе правило Кирхгофа. Эти законы или правила, они очень простые и логичные. Здесь опять же не нужно ничего заучивать. Достаточно уловить просто логику и все. Давайте сначала рассмотрим первый закон Кирхгофа. Кирхгоф, как и Ом, немецкий ученый. После открытия Омом соответствующих закономерностей Кирхгоф также обобщил, скажем так, или обратил внимание на некоторые закономерности, которые практически сразу же упрощают анализ электрических цепей. Суть первого закона Кирхгофа заключается в следующем. Алгебраическая сумма токов в узле электрической цепи равна нулю или сумма токов, входящих в электрический узел, равна сумме токов, выходящих из этого узла. Давайте покажем, например, просто покажем точку, место соединения трех или более ветвей. Покажем эту ветвь без компонентов, чтобы не рисовать их, да, долго. Здесь могут быть резисторы, и светодиоды, и лампочки, все что угодно. И все вместе, да, соединено последовательно. Это будет последовательное, да, соединение. Это последовательное. Это последовательное. И это, собственно, все последовательные компоненты. И здесь в этой точке, давайте покажем. У нас, например, ток входит в эту точку, давайте дадим ей название или заголовок I1. Затем из узла выходит ток I2. Затем, например, тоже какой-то ток I3 выходит. Эти токи могут отличаться, могут совпадать. Входит ток I4. Ну и покажем тоже, да, ток I5. Так вот, в чем идея? Без каких-либо строгих формулировок и тому подобное. Сумма токов, которые входят в узел, здесь, например, I1 входит в узел для нас и I4, да, входит в узел, равна сумме токов, которые выходят из узла I2, и 3 и I5. И в этом есть абсолютная логика, да? У нас ток никуда не может потеряться в узле. Точно так же он не может и возникнуть, да, в узле. То есть, например, у нас вошло суммарно 10 А, а вышло 15. Такого быть не может. Или вошло 10 А, а вышло 5 А. Такого тоже быть не может. Все 10 А, которые вошли, они все 10 А и выйдут. Просто распределенные по разным величинам, например, 2, 3 и 5, а вошло, например, 9 и 1. Такое может быть. Поэтому, как мы это запишем? Во-первых, давайте положительными знаками обозначим те токи, которые входят в узел, а отрицательными те, которые выходят из узла. Можно наоборот, это не принципиально, но только нужно одинаково, да, применять эти знаки для входящих токов, да. Если входящие с плюсом, то они все с плюсами, выходящие, если с минусом, то они все с минусами или наоборот. Тогда для данного узла электрической цепи мы можем записать следующее I1 со знаком плюс. Далее видим I2 выходит – I2 со знаком минус и I3 тоже со знаком минус тогда будет и I4 входит, да, тогда будет со знаком плюс и I5 выходит будет со знаком минус. И вот их алгебраическая сумма. Что такое алгебраическая? Это значит, что требуется учитывать знаки плюс или минус. Если арифметическая сумма, то это мы просто все складываем, да? 1 + 2 + 5 + 7 всегда будет плюс. А алгебраическая нужно обращать внимание и на плюс или минус знак будет равна нулю. Или если мы перенесем, да, за знак равно отрицательное значение, мы получим противоположный знак. То есть плюсы I1 тогда у нас будет плюс I4 = I2 + I3 + I5. I2 + I3 + I5. То есть, как мы видим, все достаточно просто и логично. Теперь мы можем опять же воспользоваться нашими тремя резисторами. Но смотрите, как мы их соединим. Возьмем этот килоомный резистор и этот трехкилоомный соединим параллельно, скажем, с десяти килоомным. Вот так. А последовательно с ним килоомный. И сюда мы подадим напряжение теперь плюс и минус. Вот наша схема. Изобразим ее теперь на рисунке. Покажем, скажем, резистор R1. Далее параллельно R2, далее R3. Они соединены, да, параллельно между собой. И далее покажем, что здесь у нас будут подключены батарейки. Ну, пусть будет примерно 4,5 В, да? Здесь у нас примерно 1 кОм. Здесь у нас примерно 3 кОм и здесь примерно 10 кОм. Теперь обозначим токи. Здесь у нас, да, более высокий потенциал. Ток пойдет в этом направлении для нас. Это будет ток I1 для нас. Далее он разойдется на токи I2, ток, и теперь внимание, эти токи, вот они идут. Это один и тот же ток. И далее он уже входит в узел, да? Здесь он вышел из узла, а здесь он уже входит в узел. I2 аналогично и здесь I3. И это, смотрите, это последовательная, да, цепь или ветвь для нас, в которую включен резистор R1 и источник питания 4,5 В. Внутреннее сопротивление мы показывать не будем, им можно пренебречь пока. И здесь у нас будет опять ток I1. Это тот же самый ток, как мы видим, да, на этом участке цепи у нас ток входит, да, и два тока выходят, а здесь у нас наоборот два тока входят и один ток выходит. Из этого мы можем записать следующее. Если мы возьмем этот ток со знаком плюс, то покажем I1 со знаком плюс, да, будет - I2 и - I3. - I2 и - I3 равно нулю. Или I1 будет равен сумме токов I2 + I3. Теперь внимание, здесь, да, для этой точки у нас будет то же самое, только теперь эти два тока будут I2 + I3 со знаком плюс, а этот будет минус I1 равно нулю. Как мы видим, не имеет значения, да, где мы возьмем знак плюс, где минус, но равенство в любом случае у нас будет работать. Покажем это теперь так. I2 + I3 равно I1, да, здесь с противоположной стороны, хотя мы видим, это одно и то же уравнение, просто записанное по-другому. Поэтому не имеет значения, будем ли мы брать ток, входящий в узел со знаком плюс или со знаком минус. Важно, чтобы это соблюдалось, да, аналогично для всех токов тогда. И теперь давайте соберем эту схему и измерим, да, ток в этой точке. Мы можем показать такой, да, амперметр в этой точке и в этой точке. Ну, обычно на схемах показывают еще так, да, звездочками показывают какие-то токи, если нужно подкорректировать схему, там, например, с помощью переменного резистора. Ну, кстати, давайте тогда с вами подключим не 4,5, да, вольта, покажем здесь, а 12 В, чтобы наши токи были, да, побольше, скажем так, было веселее. Точно такой же плюс-минус. Измерим ток I1, да, когда мы разомкнем этот резистор, мы могли бы измерить и здесь, да, вот так. Ну, можем и здесь, и здесь. Это будет один и тот же ток. Мы видим 3,8 мА. Теперь измерим ток, протекающий через резистор R3. Здесь тогда замкнем цепь. И здесь разомкнем вот так. Измерим. Видим 2,92. Запишем 2,92 мА и ток через резистор R3. Да, здесь будет минимальный ток, поскольку это максимальное сопротивление. Этот вывод возвращаем сюда и размыкаем цепь теперь со стороны десяти килоомного резистора. Измеряем ток 0,8. Запишем 0,8 мА. И теперь посчитаем. В принципе, уже, да, и так понятно. 3,8 мА, да, не будем показывать. Равно, да, сумме этих токов 2,92 + 0,8. И, собственно, получаем с вами, да, ровно 3,8 = 3,8 мА. Как мы видим, первый закон Кирхгофа или первое правило Кирхгофа, да, достаточно простое. Оно логичное и работает. Для чего нам, да, часто еще нужен этот первый закон Кирхгофа? И, например, мы знаем два каких-то тока с вами. И для того, чтобы третий ток мы не пересчитывали по закону Ома, да, то есть напряжение, да, где-то мы бы находили сопротивление здесь и только потом определяли ток. Мы можем сразу определить, например, этот ток. Он будет равен для нас разности, да, токов I1 - I3. Тогда находим I2. Или, например, мы знаем эти два тока. И тогда мы уже можем полностью найти, да, так называемый входной ток, да, этот I1 сложив как раз эти два тока. И если у нас еще и сопротивления здесь одинаковые, то мы нашли один ток, второй ток будет аналогичным, да, поскольку два резистора, да, соединены параллельно, напряжение на них одинаковое, сопротивление их одинаковое, токи одинаковые. Значит, мы этот ток умножили на два и получили входной ток в два раза больше, да, чем эти два тока. То есть это позволяет нам быстро анализировать какие-то участки электрических цепей. Отлично. Теперь перейдем ко второму закону Кирхгофа. Обозначим второй закон. Если в первом законе Кирхгофа мы говорили о токах, да, что наш ток ниоткуда не может взяться, да, и никуда не исчезнуть, то во втором законе Кирхгофа мы говорим о напряжениях. Проще говоря, мы можем сказать, что напряжение тоже ниоткуда не может взяться, да, и никуда не исчезнуть. Хотя формулировка звучит несколько витиевато и, скорее всего, будет непонятна для начинающих радиолюбителей. Алгебраическая сумма ЭДС, действующих в замкнутом контуре электрической цепи, равна сумме падений напряжений на сопротивлениях, значит, или нагрузках. Судя по формулировке, не имея определенного опыта, да, звучит непонятно. Но самый простой вариант, смотрите, даже покажем вам сейчас без эксперимента, а потом с экспериментом, да, с проверкой. 4,5 В. Покажем просто внутреннее сопротивление. Показывать не будем. Представим, что оно очень низкое, а сопротивление нагрузки достаточно приличное. И вот здесь мы уже столкнулись, да, с этим понятием. Давайте у нас будет R1. Значит, внимание, это наша ЭДС. И она никуда, да, не может деться, кроме как приложиться к сопротивлению R1. Соответственно, у нас будет ЭДС равна напряжению на R1 UR1 или падению напряжения на этом резисторе. Поскольку у нас, да, замкнутая цепь, ток по цепи потечет. Под действием протекающего тока приложенной ЭДС здесь, да, произойдет падение напряжения на резисторе. Иногда его еще обозначают дельтой, да, как кусочек, или просто UR, или еще, да, как-то UРН нагрузки. Эта дельта тоже часто пугает начинающих людей. Но если мы рассмотрим с вами пример круг, закрасим какой-то его сектор, да, то этот сектор мы можем назвать так: дельта круга, кусочек круга. Точно так же этот кусочек напряжения. Ну, в данном случае, да, не будет, да, кусочка здесь, поскольку все напряжение приложится сюда. Ну, а если мы теперь возьмем другую цепь, давайте опять покажем эту ЭДС и два резистора, не будем указывать какие-то конкретные, да, сопротивления. Покажем саму идею. Это R1 и R2. И теперь она, поскольку у нас здесь ток, да, будет течь, он уже будет распределяться для нас в зависимости от сопротивлений на резисторах R1 и R2. И это будет для нас тогда, ну, покажем UR1, а это будет UR2. И тогда у нас будет ЭДС равна UR1 + UR2. И поскольку больше никуда, да, этой ЭДС некуда частично деться. Она будет только прикладываться в зависимости от сопротивлений к этим резисторам. Или же, если мы перенесем, да, за знак равно, то получим точно так же результирующее значение, равное нулю. E - UR1 и - UR2 = 0. ЭДС может быть несколько штук, 2-3, да, например, точно так же и сопротивления могут быть 2-3. Давайте, например, покажем еще две схемы. Покажем, что у нас здесь три: E1, E2 и E3. Внимание, здесь точно так же нужно учитывать, да, направление ЭДС. Мы видим, что эти две ЭДС E1 и E2 направлены в одну сторону. И мы можем их совместить с током, да, с направлением тока можем наоборот, да, без разницы. А эта ЭДС направлена против этих ЭДС. Тогда как мы с вами запишем? Покажем здесь. E1 + E2 - E3 = падение напряжения на этих трех резисторах, да, суммарное UR1 + UR2 и плюс UR3. То есть здесь мы всегда складываем падение напряжения, а здесь с ЭДС нужно учитывать знаки. Давайте тогда покажем еще один пример. Для этой схемы запишем следующее. Если мы выберем направление обхода контура, скажем, по току, да, здесь по часовой стрелке, то эта ЭДС будет направлена, ну, скажем так, минус, да, в этом направлении E1. И мы тогда запишем минус E1. E2 будет совпадать для нас, да, плюс E2. E3 опять будет направлена против E1 - E3 = UR1 + UR2 и + UR3. Вот, собственно, и все. Но опять же, если мы все это перенесем за знак равно, то получим, да, минус E1 + E2 - E3 - UR1 - UR2 - UR3 = 0. И теперь давайте проведем наш, скажем так, финальный, да, эксперимент. Касательно второго закона Кирхгофа. Воспользуемся двумя источниками питания. Сначала мы их соединим согласно. То есть они нам дадут суммарное напряжение этого источника плюс этого. А потом встречно, то есть перевернем. Тогда у нас будет от большего, да, вычитаться меньшее напряжение. Покажем это. Пусть это будет наше условное скажем, 12 В, да, хотя мы знаем, здесь не ровно 12, немного больше, а здесь 4,5 В, но и здесь немного больше будет. Давайте тогда сразу же изобразим две схемы и проведем соответствующее измерение. В этой схеме у нас источники соединены согласно, да, последовательно согласно. А здесь покажем встречно. Здесь видим минусы, минусы, да, соединены у нас. Ну или там могут быть плюсы, плюсы, если мы их оба перевернем одновременно. Точно так же 12 В, 4,5 В и три резистора, да, которые участвовали изначально во всех наших экспериментах 1 кОм, 3 кОм и 10 кОм. И можем записать, да, теперь уравнение для данной схемы. Покажем, да, что это у нас E1, это E2, это E1, E2. Здесь у нас будет происходить падение напряжения на UR1, UR2, UR3. И аналогично здесь, да, уже не будем здесь подписывать. А, думаю, и так понятно. Запишем. E1 + E2 = сумма. То есть мы видим, да, алгебраическая сумма ЭДС, действующих в контуре, равна сумме падений напряжений на нагрузках в данном контуре. Собственно, это и называется контуром для нас, да, замкнутым для протекания электрического тока. UR1 + UR2 + UR3. Для этой схемы покажем E1 - E2 = UR1 + UR2 и + UR3. Теперь давайте соберем соответствующую схему. Первым делом соединим последовательно резисторы. R1 у нас на 1 кОм. Далее у нас идет к резистору 3 кОм и далее к 10 кОм. Теперь возьмем источник питания ЭДС, да, E1 плюс его мы соединим с резистором R1. Здесь по схеме, да, нашей. А минус давайте подключим сюда в минус шину вот сюда. Далее в эту же минус шину подключим плюс батареек на 4,5 В. Ну, можно не обязательно, да, к минусу, а просто где-то вот здесь сбоку. Вот так. И теперь минус этих батареек соединим со свободным выводом десяти килоомного резистора. Здесь соединили. Теперь измерим общее напряжение, приложенное к трем резисторам. Внимание, общее напряжение 17,21 В. Запишем здесь, чтобы не двигать схему. 17,21. Это для нас должно равняться сумме падения напряжения на трех резисторах. На R1 1,21 В. плюс на R2 3,71 В плюс на десяти килоомном теперь 12,27 В. 12 + 3 у нас будет 15. И здесь, да, у нас будет 16 и здесь 17,21. Но здесь видим, не хватает сотых долей В. То есть какая-то погрешность в измерениях присутствует, но тем не менее эта погрешность, да, мала. На фоне 17 В 0,02 В – это от 1 В, да, это всего лишь 2%, а от 10 В – это 0,2%, а от 17 – это еще меньшая погрешность. Теперь поменяем плюс и минус этой батарейки на 4,5 В. Перевернем ее. Здесь два минуса соединим. И теперь напряжение у нас должно быть 12 В - 4,5, да? То есть уже суммарное, да, меньше, чем было видим. 7,66 В. Запишем здесь 7,66 равно это напряжение от двух ЭДС, то есть этого двух источников питания. Здесь у нас 0,54 В на 1,65 В и R3, поскольку он является хозяином, да, наибольшего сопротивления, на нем будет наибольшее падение напряжения. 5,46 В плюс 5,46. Получаем то же самое, да? Но здесь у нас не хватит 0,01 В. Здесь видим 54 + 46, получаем ровно 1 В + 1,65, получаем 7,65, да? Здесь 7,66, а здесь 7,65 на 0,01 В, да, не совпало у нас. Это вполне нормально, поскольку это нестабильные источники питания у нас, да, соответственно, они будут где-то немного проседать при измерениях, ну и тому подобное. Плюс еще у нас сам вольтметр, да, имеет сопротивление. Когда мы так с вами подключаем, мы немного шунтируем, да, какие-то из сопротивлений. Таким образом мы все сразу шунтируем, а так по частям, несмотря на то, что очень большое входное сопротивление у таких мультиметров. Но тем не менее такие погрешности, как мы видим, да, не совсем точно там 100% совпадения, но там какие-то менее десятой доли %, да, у нас не сходится. Это вполне точный результат. И также такой определенный интересный момент или важный или логичный. Смотрите, когда речь идет о втором законе Кирхгофа, да, когда у нас последовательно соединенные резисторы, то такой пучок дает нам делитель напряжения, то есть общее, да, напряжение от источников питания, оно будет делиться между этими резисторами. Если нам нужно понизить, да, напряжение от источника питания, то мы соединяем, да, ну, как минимум два резистора, но можем и три и больше. И таким образом получаем делитель напряжения, если нам нужно понизить напряжение. Если нам нужно понизить ток, то мы параллелим, да, резисторы, соединяем их параллельно. Тогда у нас общий ток будет делиться, да, между соответствующими ветвями. И мы тогда можем взять долю от полного тока на каких-то из резисторов, соединив их параллельно. Таким образом, первый закон Кирхгофа в какой-то, да, степени характеризует делитель тока, а второй закон Кирхгофа – делитель напряжения. И последний важный параметр любой электрической цепи, который также завершит наш минимальный объем знаний по начальной электронике, это мощность. Мощность показывает, насколько сильно или интенсивно происходит потребление электричества нагрузкой, да, например, лампочкой, или насколько интенсивно отдается электричество источниками питания, например, аккумуляторами, батарейками или еще электричеством из сети 220-230 В. Мощность измеряется в ваттах и равна произведению напряжения на ток. Покажем это. Мощность в цепях постоянного тока обозначается буквой P и равна произведению напряжения на ток или наоборот, тока на напряжение. Единица измерения – ватт. И внимание, если у нас напряжение равно нулю, то есть нет напряжения, да, в электрической цепи, то и мощность будет равна нулю. Или наоборот, если у нас есть просто напряжение, да, как на батарейке или на аккумуляторах и нет тока, то есть цепь не замкнута, то мощность точно так же будет равна нулю. А вот электрическая энергия, покажем E, или E у нас, да, ЭДС уже, скажем так, эта буква занята под ЭДС. Покажем W или В. Будет равна напряжению на ток и на время. Именно таким образом рассчитывают потребление электроэнергии наши счетчики, ну или любые другие счетчики электроэнергии. Для этого обязательно должно быть напряжение измеренное, ток и время, в течение которого происходило потребление мощности, да, как мы видим. И здесь тоже все очень просто, логично, понятно. Если у нас не хватает напряжения, да, то у нас не будет происходить потребление электроэнергии. Если у нас не хватает тока, то мы точно так же не будем иметь потребления электроэнергии. Если у нас время, да, равно нулю, то есть у нас не происходило потребления тока в течение, да, какого-то времени, скажем, нуля, то наш прибор не потреблял и не отдавал электроэнергию. Электричество, как и любая другая энергия, измеряется в джоулях. Но, естественно, на практике наши счетчики считают киловатт-часы. И мы видим, да, киловатты или ватты, это дает нам произведение напряжения на ток. Ну и час – это время T. И отсюда, да, теперь с обратной стороны можем подойти, что мощность – это потребление электроэнергии в единицу времени. То есть насколько быстро у нас потребляется электроэнергия. Чем быстрее потребляется энергия, да, в единицу времени или чем больше электроэнергии потребляется, да, в единицу времени, тем больше мощность лампы, да, условно. Ну, любой другой нагрузки или наоборот, да, чем больше электроэнергии отдается в единицу времени источниками питания, тем мощнее он, да, может реализовать эту мощность или больше мощности отдает. И отсюда мы видим, да, что это произведение напряжения на ток и на время для нас. Делим на время, да, и получаем, что мощность – это произведение напряжения на ток. Отсюда точно так же становится вполне логичным, что если у нас есть нагрузка, рассчитанная на какую-то мощность, вот мы можем посмотреть на лампочку. На лампочке здесь дано напряжение. Какое напряжение мы можем подать на лампочку? 12 В. И мощность этой лампочки 5 Вт. Естественно, наш источник питания тоже должен иметь мощность не менее 5 Вт, да, чтобы обеспечить полную мощность соответствующей нагрузки. Как правило, источник питания, да, будет несколько больше или значительно больше по своей мощности, да, по сравнению с мощностью нагрузки. На аккумуляторах, например, не дают мощность по одной простой причине, поскольку при одном токе у нас аккумулятор будет разряжаться быстрее, да, при другом токе он будет разряжаться медленнее, но есть максимальный ток разряда для каждого аккумулятора. Это, собственно, и есть его граница или максимальная мощность. То есть мы можем максимально умножить этот ток на напряжение и получить, какую максимальную мощность может дать любой из аккумуляторов. Но этот параметр, да, максимальный ток, он, как правило, дается в справочниках, поскольку на практике не часто используется тот факт, что нужно непосредственно отдавать максимальный ток из аккумулятора. Обычно к аккумулятору подключается нагрузка, под действием которой будет течь ток гораздо меньший, чем максимальный ток аккумулятора. И здесь уже будет важнее его емкость. На какое время, да, хватит такого аккумулятора при протекании соответствующего тока. Теперь внимание, давайте еще раз перепишем эту простейшую формулу. Здесь тоже есть логика, да? Если у нас не хватает одного из параметров, то мощность у нас будет равна нулю. То есть должен быть и ток, и напряжение. И теперь точно так же, зная закон Ома, I = U деленное на R, мы можем, внимание, взаимосвязать теперь уже эти четыре величины. мощность, ток, напряжение и сопротивление. Это как раз четыре основных параметра любой электрической цепи. Конечно, достаточно логично три параметра: напряжение, ток, да, и сопротивление, но мощность она вносит некоторую дополнительную специфику, да, то есть мы уже понимаем, хватит ли нам, например, мощности источника питания, чтобы покрыть мощность потребителя, да, той же самой лампочки. И теперь внимание, отсюда мы можем определить мощность любым способом. Например, мы не знаем ток, но знаем напряжение и сопротивление. Тогда оставляем напряжение, а вместо тока подставим напряжение, деленное на сопротивление. И видим, у нас здесь два напряжения. То есть у нас будет напряжение в квадрате, деленное на сопротивление. Аналогично, если мы знаем ток, но не знаем напряжение, да, знаем ток и сопротивление, то напряжение для нас по закону Ома будет равно ток на сопротивление. И мы теперь вместо напряжения, да, подставим эту величину. И получим ток на сопротивление и еще раз умножим на ток. Получим I² R. Аналогично, да, если мы знаем мощность, но не знаем сопротивление, да, и нам нужно определить либо ток, либо напряжение. То есть мы теперь можем, опираясь на эти две простейшие формулы и более того логичные, да, найти оставшиеся параметры. Ну, при достаточном количестве известных, да, параметров. Также внимание, далеко не вся мощность, которая потребляется от источника питания, преобразуется в данном случае в свет, да, в свечение лампы. Если мы посмотрим, да, с вами, наша лампочка вроде бы светит хорошо вся, но на самом деле она светит у нас за счет чего? За счет того, что накалилась нить накаливания. То есть значительная часть энергии пойдет на нагрев нити накаливания лампы. То есть она просто преобразуется в тепло. Аналогично, если мы используем светодиод, да, вместе с резистором, не вся энергия светодиода пойдет в свет, да, часть будет потрачена, опять же, на нагрев. Поэтому в зависимости от нагрузки, от типа, да, нагрузки, часть мощности будет потрачена, скажем так, на выполнение полезной работы, да, на свечение, например, нити накаливания лампы, или на светодиод. Проще говоря, часть электроэнергии будет преобразована в световую энергию или в световую энергию, а часть будет потрачена на нагрев, да, на тепло. Аналогично, если мы посмотрим на двигатель, часть энергии будет преобразована в механическую энергию, да, для вращения вала двигателя, а часть энергии будет потрачена на нагрев. И, естественно, чем больше энергии будет потрачено на нагрев, тем сильнее, да, будет греться соответствующие компоненты, либо лампочка, либо двигатель и так далее. Ну и, собственно, энергия, которая тратится на нагрев, она, по сути, безвозвратно теряется, то есть никакой пользы не приносит, если это не нагреватель для нас, да, здесь для нагревателя как раз важно, чтобы вся энергия тратилась на тепло, а для других компонентов этот нагрев компонента будет вреден. И если нагрев превысит допустимую температуру, то просто устройство выйдет из строя, да, сгорит, например, как светодиод, как лампочка, или любое другое устройство. И как мы можем оценить по теплу, да, по температуре, например, да, в градусах Цельсия, перегреется ли лампочка, не перегреется ли, перегреется ли резистор, или не перегреется. Вот, например, резистор – это электронный компонент, в котором вся энергия полностью тратится на нагрев или преобразуется в тепловую энергию, как в нагревателе. Поэтому весь ток, да, который будет протекать через резистор, приведет к нагреву резистора. И точно с точки зрения физики ток приводит к нагреву любых компонентов, поскольку это движение электрических зарядов, да, упорядоченное, и они как раз ударяются там внутренние, да, кристаллические решетки или некристаллические решетки различных компонентов. Это приводит как раз такое столкновение, да, такие столкновения зарядов со структурой самого элемента к нагреву. Ну, как молотком просто ударять, например, по гвоздю долго, то он нагреется. Точно так же и здесь будет происходить. Но здесь вся энергия, да, которая выделится на резисторе, она как раз приведет к нагреву резистора. Поэтому нам нужно каким-то образом определить, будет ли резистор перегреваться при протекании какого-то тока, да, и, соответственно, при напряжении или не будет. Поскольку если мы неправильно произведем какие-то расчеты, то может получиться так, что нашего сопротивления будет достаточно для ограничения, например, тока, протекающего через светодиод, но он при этом будет слишком сильно перегреваться и просто выйдет из строя, да, сгорит. И для того, чтобы оценить это, сгорит, не сгорит, да, перегреется, не перегреется резистор или любой другой компонент, транзистор, кстати, точно так же, или тот же светодиод, вводится такой параметр, как допустимая рассеиваемая мощность. То есть это мощность, которую способен рассеять резистор, не перегреваясь. Но резистор – это такой компонент, в котором вся мощность будет преобразовываться в тепло. Поэтому резисторы характеризуются таким параметром, как допустимая рассеиваемая мощность. И эта мощность рассеивания определяется аналогичным образом. И для того, чтобы нам определить допустимую мощность рассеивания резистора достаточно знать любые два параметра: либо ток и сопротивление. Как правило, да, мы знаем сопротивление резистора, поэтому нам достаточно узнать ток. Или напряжение и сопротивление, да, или напряжение и ток, даже не зная сопротивления резистора. Поэтому помимо сопротивления еще одним важнейшим параметром резистора является мощность рассеивания. Поэтому мы всегда можем четко себе это представить и даже не запоминать. Зная только факт, да, что протекание тока вызывает нагрев, значит, нам нужно каким-то образом этот нагрев учитывать, да, чтобы компоненты не перегревались. Это учитывается как раз посредством мощности рассеивания. Аналогично, смотрите, это касается и светодиода. Аналогично это касается и транзистора. Здесь если мы покажем, что наш транзистор открыт, покажем, да, какой-то биполярный транзистор в ключевом режиме, ток будет, да, протекать через него. Но сопротивление транзистора оно не нулевое. То есть транзистор даже в открытом, да, состоянии будет иметь какое-то сопротивление. И мы можем обозначить это сопротивление, да, в некотором смысле вот так. Нам даже не нужно, да, знать это сопротивление. Мы просто можем измерить падение напряжения на открытом транзисторе. И мы можем просто показать, что это у нас напряжение в открытом состоянии, ну, или падение напряжения. Без разницы, как мы его назовем. Мы просто можем мультиметром измерить это напряжение, а также мы можем мультиметром измерить ток, да, протекающий через транзистор. И зная эти два параметра, мы уже можем определить мощность, которая выделяется на транзисторе в его открытом состоянии. В закрытом состоянии, да, мощности вообще не будет, поскольку ток не будет течь. Ну, практически, да, не будет течь. А в открытом будет течь, а в полуоткрытом тоже, да, ситуация будет хуже, когда резистор будет работать в режиме усилителя. Ну, в линейном, скажем так, режиме. Поэтому, зная, да, падение напряжения на резисторе между эмиттером и коллектором и ток, который протекает, мы можем определить мощность, да, его эту мощность часто обозначают PD, Power Dissipation, мощность рассеивания. Эта же мощность характерна и для обычных диодов, да, и для светодиодов. Ведь у нас протекает ток, покажем, да, здесь какое-то напряжение через обычный диод. И здесь, естественно, образуется падение напряжения. И зная это U это I, что мы с вами сделаем? Определим мощность, которая теперь будет выделяться именно в виде тепла на этом диоде. И если мы рассчитали, у нас эта мощность, например, 0,1 Вт, а допустимая мощность рассеивания диода, а она дается в справочниках обязательно как для диода, так и для транзистора, так и для резистора. К резистору мы вернемся сейчас. Если мощность, да, допустимая там у нас 0,5 Вт, то все хорошо. Наша реальная мощность, да, которая сейчас выделяется в виде тепла на диоде, будет меньше допустимой мощности, и поэтому диод не будет перегреваться. Аналогично это касается и транзистора, и резистора, и стабилитрона, и различных других микросхем и электронных компонентов и так далее. Внимание, чем больше размер резистора, тем больше его мощность рассеивания. Соответственно, при одном и том же напряжении через такой резистор можно пропустить больший ток. Мы видим, да, здесь у нас минимальных размеров резистор с мощностью рассеивания примерно 0,25 Вт. Далее, да, где-то будет полваттный, ваттный, двухваттный и так далее. На таких резисторах даже видим, четко дается мощность рассеивания 5 Вт, да, 1 кОм 5 Вт, на таком 10 Вт, на таком 20 Вт. Опять же подробно вся информация о резисторах, да, их маркировка, допуски, отклонения, мощность рассеивания с множеством нюансов. Я уже рассказывал как на этом канале, так и также на украинском канале. И, естественно, более расширенно все это в курсе по электронике для начинающих. Но здесь опять же прослеживаем

Логично, верно, чем больше размеры резистора, тем больше его охлаждающая поверхность, верно, тем больше он способен рассеивать тепло, и, соответственно, тем больше его допустимая мощность рассеивания. Есть, конечно, и нюансы. Если взять резисторы даже одинаковых размеров, то бывает, что у одного резистора допустимая мощность рассеивания больше по одной простой причине, что корпус, ну, в общем, материал, из которого сделан резистор, помимо проводящего, верно, слоя, лучше отдает тепло, верно, чем аналогичный резистор, но сделанный из другого материала. Соответственно, его можно сделать и в меньших габаритах при той же допустимой мощности рассеивания. И теперь давайте проведем простейший пример. Предположим, у нас есть белый светодиод, и у нас есть здесь батарейка, верно, на 12 В. Ну, здесь будет чуть больше 12 у нас, но можем принять 12, просто потом заложим какой-то запас. Мы, конечно, знаем, что если мы напрямую, верно, подключим светодиод, он у нас сразу же выйдет из строя. Мы даже не успеем его заметить. И тот же самый эксперимент мы провели. Вот. И теперь наша задача заключается в том, мы сейчас, верно, сделаем это в ускоренном варианте. Хотя по этим вопросам я подробно останавливался и на этом канале, опять же, и на новом, и в курсе, естественно, потому что это базовые вещи, от которых просто, ну, никуда не деться, их нужно четко понимать и представлять. Поэтому для ограничения тока, протекающего через светодиод, необходимо, верно, правильно рассчитать его резистор, верно, и сопротивление резистора. И, например, белый светодиод имеет падение напряжения порядка 3,6 В, там 3,6 - 4 В. Можем принять 3,6 В. Давайте покажем это на схеме. Давайте установим здесь на макетной плате покажем, верно, наш недостающий элемент. Вот наш светодиод, кстати, который тоже, верно, характеризуется допустимой мощностью рассеивания, но здесь проще, верно, все сделано. При известном напряжении задан ток, и мы знаем напряжение и ток, мы можем сами рассчитать мощность. Да, на практике не всегда удобно пользоваться мощностью и напряжением. Иногда гораздо удобнее пользоваться напряжением и током. Но зная эти два параметра, мы всегда можем определить мощность. Теперь давайте поставим плюс вот сюда, верно? И минус со стороны катода, светодиода. Вот. И теперь нам нужно здесь подобрать резистор. Мы даже можем так с вами подойти. Измерить реальное напряжение, которое у нас присутствует на батарейке. Мы видим 12,44 В. Давайте теперь покажем это на схеме для большей наглядности. Вот наша батарейка. Покажем ее даже так, верно, 12,44 В. Хотя, конечно, на практике никто так, верно, не указывает. Обычно знают максимальное напряжение батарейки. Например, пусть даже, верно, округлим до 14 В, поскольку расчет нужно производить, исходя из максимально возможного напряжения. Иначе, если мы рассчитаем, верно, от минимального напряжения, например, при 12 В и зададим максимальный ток при 12 В, произведем соответствующий расчет, то при повышении напряжения до 14 В, верно, когда у нас полностью заряженная батарейка, то наш ток превысит уже граничное, верно, значение, которое мы здесь задали. Вот. И теперь давайте покажем резистор и светодиод. Это наш светодиод. Это наш R. Внутреннее сопротивление источника питания, верно, мы пренебрегаем. Наша задача - определить сопротивление, верно, для начала. И теперь внимание, здесь опять же присутствует логика, но эта логика выраженная вторым законом Кирхгофа и свойствами последовательно соединенных компонентов. Да, нам нужно обеспечить, верно, ток, протекающий через светодиод, порядка 20 мА. Все такие светодиоды рассчитаны на ток порядка 20 мА. То есть в этой всей цепи у нас должен протекать ток, верно, здесь, здесь, здесь через батарейку 20 мА. 20 мА. Это будет в амперах 0,02 А. Далее. Поскольку для того, чтобы определить сопротивление резистора, нам нужно по закону Ома знать напряжение на резисторе и ток, протекающий через резистор. Ток, протекающий через резистор, ток, протекающий через светодиод и источник питания - это один и тот же ток, то есть 20 мА. То есть ток мы нашли, верно, мы его задали светодиодом, то есть этот ток не должен превышать 20 мА. И теперь вспомним второй закон Кирхгофа. Для того, чтобы определить, часть напряжения от источника питания, верно, никуда не может исчезнуть. Она будет только распределяться между нагрузками, то есть между сопротивлением и светодиодом. Светодиод мы, давайте с вами примем напряжение на нем 3,6 В. Соответственно, здесь у нас 12,44, а здесь 3,6. И мы видим, что разница напряжений, верно, будет поглощена резистором, верно, должна быть поглощена резистором. И мы можем здесь написать 12,44 - 3,6. И теперь мы можем точно так же здесь написать 12,44 - 3,6. И мы получим с вами сопротивление 442 Ома. Естественно, это не стандартный номинал сопротивления, поэтому можем принять стандартный номинал 470 Ом. И поскольку мы принимаем чуть больше, верно, сопротивление, чем рассчитанное, соответственно, ток у нас будет протекать чуть меньше. То есть мы не превысим максимальное значение 20 мА. Но обратите внимание на такой нюанс. Сопротивления одного недостаточно, верно, для резистора. Нужно знать, будет ли этот резистор греться или не будет греться. Тогда следующий параметр. Определяем мощность рассеивания резистора. И мощность рассеивания этого резистора, давайте покажем, 0,25 Вт, то есть 1/4 Вт. Опять же, как я это определил, верно, визуально это все достаточно просто. Я об этом тоже подробно рассказывал. Сейчас мы рассматриваем только в общем концепции, чтобы понять весь объем знаний начинающего инженера-электронщика, верно, объем знаний. Тогда реальную мощность мы можем с вами как рассчитать? Ну, давайте 470 - это сопротивление мы умножим на ток. Наш ток будет, верно, реальный, несколько меньше 0,02 А, но мы можем его задать. Тогда мы будем точно знать, что наша реальная мощность не превысит ту, которую, верно, мы сейчас рассчитаем. 0,02², верно, поскольку мы знаем, что P можно рассчитать через R по I² или наоборот, I² * R или через напряжение, верно, зная это напряжение, мы можем умножить на ток 0,02 А и получить соответствующую мощность. Давайте рассчитаем. И мощность у нас получилась 0,188 Вт. То есть мы видим, что эта мощность для нас рассчитанная, которая будет выделяться на резисторе, когда мы его так включим в цепь, не превысит 0,25 Вт. Но есть и резисторы с мощностью рассеивания 0,125 Вт. Они еще несколько меньше по корпусу, здесь половина, верно, этой мощности. И здесь резистор с такой мощностью рассеивания уже нельзя применить. Давайте теперь соберем нашу схему. Здесь мы подключили резисторы и видим светодиод, верно, у нас светится. Мы можем, кстати, измерить падение напряжения на этом светодиоде. Точное значение падения напряжения на светодиоде никто не предоставляет. Предоставляют, как правило, диапазон, поскольку есть достаточно такое заметное разброс параметров из-за нелинейности характеристик светодиода, точно так же, как и коэффициент усиления по току у биполярного транзистора, его не задают одним значением, а предоставляют диапазон. Давайте измерим. И мы видим, верно, у нас даже меньше здесь падение напряжения 3 В на этом светодиоде. Тогда здесь у нас будет, верно, по второму закону Кирхгофа, остальное все напряжение от общего напряжения этой батарейки. Давайте измерим ток. Теперь давайте разомкнем цепь. Мы видим наш ток 19,9 мА, скажем так, прямо вплотную. Вот 20 мА. Это максимальный как раз допустимый ток. Поэтому что у нас получилось сейчас? Реальное падение напряжения на светодиоде меньше, чем мы предполагали. Да. с 3,6 В рассчитанных, но мы взяли резистор чуть большего сопротивления, и, соответственно, это компенсировало, скажем так, друг друга, и мы получили эти же 20 мА. И вот смотрите, теперь мы можем эмпирически определить, какая мощность рассеивается или выделяется на резисторе. Мы видим 9,27 В, и ток, который мы только что измерили, протекающий через него, 0,02. ампера. И когда мы собрали такую реальную схему, верно, мы теперь можем уже четко себя перепроверить, будет ли этот резистор греться или не будет греться. Мы просто, верно, берем, подставляем реальное значение. Наше напряжение было 9,27 В, а ток 0,02 А. Реальная мощность получается 0,185 Вт. И мы видим, верно, что эта мощность, она не превысит допустимую мощность рассеивания данного резистора. Точно так же мы с вами, верно, можем измерить ток. Ну, мы уже знаем, верно, ток на светодиоде и напряжение на нем мы точно так же знаем. 3 В умножаем на 0,02 и получим 0,06 Вт. Мощности наш светодиод потребляет. И в сумме, обратите внимание, потребляемая мощность от источника питания будет равна ровно сумме мощности, потребляемой как светодиодом, так и резистором. И мы опять же можем легко это рассчитать, измерив ток и напряжение, верно, подаваемое. И мы будем знать, сколько мощности отдается от источника питания. Также, если мы с вами посмотрим на различные блоки питания, например, на этом мы видим выходное напряжение, выход 12 В, и ток - 1 А. Соответственно, выходная мощность у него будет 12 Вт, и как раз 12 Вт здесь и предоставлено. То есть здесь указали и ток, и напряжение, и мощность. То есть все три параметра. Если мы возьмем другой блок питания, то мы с вами видим опять же, верно, 13,5 В и 1,5. И здесь мощность не была предоставлена. Соответственно, если мы умножим полтора на 13,5, мы получим выходную мощность. Но здесь была предоставлена входная мощность, верно, показали, что здесь 30 Вт блок питания. Или же это как раз выходная мощность, просто она была показана отдельно. Здесь у нас входное, верно, напряжение 220-240 В, частота и 0,4 А. Это по первичной стороне, верно, по высоковольтной стороне. Точно так же здесь мы видим выходные параметры 12 В 1 А, соответственно, 12 Вт выходной мощности. То есть что нам говорят эти, верно, параметры блоков питания, что мы можем подключить нагрузку при заданном напряжении не более 30 Вт там, верно, не более 12 Вт там или же при том же выходном напряжении, например, при 12 В нагрузку с током не более 1 А. Например, здесь если мы посмотрим на блок питания ноутбука, то здесь мы видим DC output, верно, выходное постоянное напряжение 20 В 16,5 А 330 Вт. Здесь и ток, и мощность, верно, были предоставлены для удобства. Например, на этой лампочке указано напряжение и мощность. Верно, зная напряжение и мощность, мы можем определить ток, верно, наш ток будет равен мощности, деленной на напряжение. И у нас 5 Вт, деленные на 12 В - примерно 0,42 А. Соответственно, мы можем минимум две таких лампочки, подключенные параллельно запитать от такого блока питания, который имеет 12 В и 1 А. Верно, давайте ради интереса сейчас включим этот блок питания. Вот его разъем. Я его включил в 220 В, естественно. И можем подключить таким образом. Вот видим, лампочка, верно, наша она загорается. И блок питания работает нормально, он способен обеспечить достаточную мощность для этой лампочки. Точно так же, кстати, мы уже проводили подобный эксперимент со светодиодной лентой. Здесь у нее ток уже несколько выше: 1 А, порядка 1100 мА. Тем не менее, давайте сейчас попробуем, точно так же, запитать светодиодную ленту от этого блока питания. Как мы видим, светодиодная лента загорается, но для блока питания это уже близко к его максимальной мощности. Кстати, мы можем опять же экспериментально измерить реальный ток, который сейчас потребляет светодиодная лента. Он может также оказаться ровно 1 А. И блок питания рассчитан тоже на 1 А. В таком случае они будут работать хорошо. Но опять же, у блока питания должен быть небольшой запас по току. Ну, в принципе, вот это и есть мощность и как ее следует учитывать. Если мы рассматриваем мощность в контексте допустимой мощности рассеивания, то мы можем оценить, будет ли наш компонент перегреваться или не будет во время его работы. Также мощность нам нужна для того, чтобы четко понимать, хватит ли мощности у источника питания, чтобы покрыть мощность, потребляемую потребителем, или, другими словами, нагрузкой. Ну что, друзья, теперь, надеюсь, вам стало понятнее, каким темам стоит уделить первоочередное внимание на начальном этапе изучения электроники, и электричества в целом. Следующий этап - это переменный ток, конденсаторы и индуктивности. Если вам интересен такой формат, ставьте лайк этому видео, пишите в комментариях. Будем продолжать. А сейчас будем прощаться. До встречи в следующем видео. Пока.