Электроника для начинающих (2-е издание)

Внимание!

Опасность представляет не только высокое напряжение, но и слишком большой ток. Не забывайте это важное правило электробезопасности.

Единицы измерения мощности

Я до сих пор не упоминал о ваттах, единице измерения, которая знакома всем.

Ватт – это единица измерения мощности. Например, если какая-то сила приложена в течение определенного промежутка времени, то она совершает работу. Инженер мог бы сказать, что работа совершается тогда, когда человек, животное или машина толкает что-либо, чтобы преодолеть механическое сопротивление. Примерами могут служить автомобиль, который едет по горизонтальному участку дороги (преодолевая силу трения и сопротивление воздуха), или человек, поднимающийся по лестнице (преодолевая силу тяжести).

Когда один ватт мощности действует в течение одной секунды, совершенная работа равна одному джоулю, обычно она обозначается буквой J. Если через Р обозначить мощность, то:

J = Р × S

Вот обратная формула:

Р = J / S

Когда электроны проходят по цепи, они преодолевают некоторое сопротивление и поэтому совершают работу. В электротехнике определение ватта очень простое:

ватты = вольты × амперы

Если использовать привычные единицы и обозначить мощность в ваттах через W, то следующие три формулы будут равнозначны:

W = V × I (ватты = вольты × амперы)

V = W / I

I = W / V

Термины милливатты (мВт), киловатты (кВт) и мегаватты (МВт) широко используются в разных ситуациях. Мегаватты обычно относят к мощному оборудованию, например к генераторам на электростанциях. Старайтесь не путать строчную букву «м» в аббревиатуре мВт с прописной «М» в аббревиатуре МВт. Пересчет для единиц мощности приведен в табл. 1.5.

Таблица 1.5

Мощность старых ламп накаливания указывалась в ваттах. То же и для стереосистем. Ватт был назван в честь Джеймса Уатта, изобретателя парового двигателя. Кстати, ватты могут быть переведены в лошадиные силы, и наоборот.

Резисторы, как правило, рассчитаны на мощность 0,25, 0,5, 1 Вт и выше. Для всех устройств, описываемых в этой книге, подойдут резисторы на 0,25 Вт. Откуда я это знаю?

Вернемся к первой цепи со светодиодом, которая питается от 9-вольтовой батареи. Помните, нам требовалось, чтобы резистор понижал напряжение на 7 В при силе тока в 20 мА. Какая мощность в ваттах пришлась бы на этот резистор?

Запишем известные величины:

V = 7 (разность потенциалов для резистора)

I = 20 мА = 0,02 А

Нужно найти параметр W, поэтому запишем формулу так:

W = V × I

Подставим числа:

W = 7 × 0,02 = 0,14 Вт

Вот какая мощность будет рассеиваться резистором.

Резистор, рассчитанный на 0,25 Вт, без проблем выдержит мощность 0,14 Вт. На самом деле здесь подошел бы резистор и на 0,125 Вт, но в последующих экспериментах нам могут понадобиться и более мощные резисторы (0,25 Вт), поэтому нет ничего страшного в выборе резистора, рассчитанного на более высокую мощность. Такие резисторы стоят немного дороже и чуть больше по размерам.

Происхождение единицы мощности

Джеймс Уатт, изображенный на рис. 1.58, родился в 1736 году в Шотландии и известен как изобретатель парового двигателя. При университете города Глазго он открыл небольшую мастерскую, где добивался идеальной эффективности конструкции с поршнем в цилиндре, приводимым в движение с помощью пара. Финансовые сложности и недостаточный на тот момент уровень обработки металла отсрочили практическое применение изобретения до 1776 года.

Рис. 1.58. Разработка паровой тяги Джеймсом Уаттом послужила основанием для промышленной революции. После смерти ученого в его честь назвали основную единицу мощности электричества

Невзирая на сложности с получением патентов (который в те времена мог быть выдан на основании акта Парламента), Уатт и его компаньоны в конечном итоге заработали на инновациях много денег. И хотя Уатт жил раньше первооткрывателей электричества, в 1889 году (70 лет спустя его смерти) его именем назвали основную единицу электрической мощности, которая является произведением силы тока (в амперах) на напряжение (в вольтах).

Повторное использование

Сгоревший светодиод можно выбросить. Все остальное пригодится повторно.

Эксперимент 5. Давайте изготовим гальванический элемент

Давным-давно, еще до существования Всемирной паутины, детских игр было так мало, что малыши пытались развлекаться самостоятельно с помощью экспериментов на кухонном столе, например, собирая гальванический элемент, вставив гвоздь и монетку в лимон. Трудно поверить, но это правда!