Back to the topics list

схемы

Понимание цепей в физике

В физике цепь представляет собой путь прохождения электрического тока. Фундаментальное понимание схем жизненно важно для понимания того, как работают различные электронные устройства. Этот урок познакомит вас с основами схем, включая их компоненты и принципы их работы.

Что такое электрическая цепь?

Электрическая цепь представляет собой замкнутый контур из проводящего материала, по которому может течь электрический ток. Целью цепи является передача электрической энергии из одной точки в другую. Чтобы схема функционировала, она должна иметь источник электрической энергии (например, аккумулятор), проводники (например, провода) и нагрузку (электрическое устройство, такое как лампочка или двигатель), которая потребляет электрическую энергию.

Типы цепей

Существует два основных типа цепей:

• Последовательные цепи. В последовательной цепи компоненты соединены встык, образуя единый путь для прохождения тока. Если один компонент перестает работать или его удаляют, цепь разрывается, и ток перестает течь по всей цепи.
• Параллельные цепи. В параллельной цепи компоненты соединены друг с другом, образуя ветви. Каждый компонент имеет свой прямой путь как к источнику питания, так и к обратному пути. Это означает, что если один компонент выйдет из строя, ток все равно может течь через другие ветви.

Важные понятия в схемах

Несколько ключевых принципов помогают нам понять, как работают схемы:

• Напряжение (В): измеряемое в вольтах (В), напряжение — это электрическая сила, которая пропускает ток через цепь. Его можно рассматривать как электрическое давление, которое толкает электроны через проводники.
• Ток (I): измеряемый в амперах (А), ток представляет собой фактический поток электрического заряда через проводники. Это скорость, с которой заряд движется через точку цепи.
• Сопротивление (R): Измеряется в Омах ( \( \Omega \) ). Сопротивление — это свойство материала сопротивляться протеканию тока. Он определяет, какой ток будет течь при данном напряжении.

Взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением определяется законом Ома , выражаемым как: \( V = I \times R \)

Построение простой схемы

Простую схему можно построить, используя батарею, небольшую лампочку (в качестве нагрузки) и несколько проводов. Подсоедините один конец провода к положительной клемме аккумулятора, а другой конец к лампочке. Затем подсоедините еще один провод от второй клеммы лампочки обратно к минусовой клемме аккумуляторной батареи. Если все подключено правильно, цепь будет замкнутой, а лампочка загорится, что свидетельствует о наличии тока.

Понимание принципиальных схем

Принципиальные схемы представляют собой схематические изображения цепей с использованием символов для обозначения различных компонентов. Эти диаграммы предоставляют простой способ визуализировать подключение цепи. Вот некоторые распространенные символы, используемые в принципиальных схемах:

• Батарея: представлена ​​серией длинных и коротких параллельных линий. Длинная линия обозначает положительную клемму, а короткая линия обозначает отрицательную клемму.
• Резистор: показан зигзагообразной линией. Резисторы ограничивают поток тока и используются для контроля напряжения и тока в цепи.
• Лампочка: изображена в виде круга с крестом внутри. Он представляет собой устройство, использующее электрическую энергию для производства света.
• Переключатель: изображается в виде разрыва линии с точкой на одном конце и шарнирной линией на другом, что указывает на то, что цепь может быть разомкнута или замкнута.

Изучив эти символы, вы сможете читать и понимать принципиальные схемы, что упрощает построение или анализ схем.

Примеры последовательных и параллельных цепей

В последовательной схеме компоненты соединяются друг за другом. Например, если соединить две лампочки последовательно с аккумулятором, через обе лампочки течет одинаковый ток. Если одна лампочка перегорит, другая тоже погаснет, потому что цепь разорвана.

В параллельной схеме компоненты соединены в параллельные ветви. Если вы подключите две лампочки параллельно к аккумулятору, каждая лампочка будет иметь свой прямой путь к аккумулятору. Это означает, что они могут работать независимо. Если одна лампочка перегорит, другая все равно загорится, потому что цепь на этом пути остается замкнутой.

Влияние напряжения и сопротивления

Напряжение, обеспечиваемое источником, и сопротивление внутри цепи работают вместе, определяя ток. Изменяя напряжение или сопротивление, можно управлять током. Например, увеличение напряжения приведет к увеличению тока, если сопротивление останется прежним. И наоборот, увеличение сопротивления уменьшит ток, если напряжение останется прежним.

Измерение свойств цепи

Для измерения напряжения, тока и сопротивления в цепи мы используем устройства, известные как мультиметры . Мультиметр можно настроить для измерения различных свойств:

• Чтобы измерить напряжение, подключите мультиметр к двум точкам, в которых вы хотите измерить разность потенциалов.
• Для измерения тока мультиметр необходимо подключить последовательно с компонентом или цепью, на которой необходимо измерить ток.
• Чтобы измерить сопротивление, убедитесь, что в цепь не подается питание, затем подключите мультиметр к компоненту, чтобы измерить его сопротивление.

Заключение

Понимание схем является основополагающим в физике и необходимо для всех, кто интересуется электроникой и электротехникой. Освоив основы схем, включая компоненты, типы схем и принципы их работы, вы уже на пути к изучению более сложных электронных систем и инноваций. Помните, что практика построения и анализа схем улучшает понимание и развитие навыков в этой увлекательной области физики.