Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Напряжение, так же как и э.д.с., говорит о той энергии, с которой проталкивается каждый кулон свободных электрических зарядов (а если строго — о той работе, которую он выполняет), но, конечно, уже по какому-либо участку, а не по всей цепи. Поэтому напряжение, так же как и э.д.с., измеряется в вольтах. Очевидно, что общая работа, выполняемая единичным зарядом во всей цепи, равна сумме работ, выполненных на отдельных ее участках, то есть э.д.с. равна сумме всех напряжений на участках цепи (Р-26;2).

Т-38. Вольтметр, амперметр и омметр — приборы для измерения э.д.с. со (напряжения), тока и сопротивления. Напряжение на участке цепи, сопротивление участка и ток, который проходит по этому участку, можно подсчитать по одной из формул закона Ома (Р-22, Р-23). А можно и измерить. Несколько позже мы узнаем о том, как устроены приборы для измерения напряжения (э.д.с.) и тока — вольтметр и амперметр (Т-290). Пока же будем считать, что вольтметр как-то измеряет разницу между количеством избыточных зарядов в двух участках цепи, определяет, каких зарядов и где больше, и насколько. И тут же вычисляет, какую работу выполнит каждый кулон электричества при такой разнице концентрации зарядов. Результаты измерений и вычислений прибор выдает сразу в вольтах, за что он и получил название вольтметр. Подключается вольтметр к тем двум точкам, напряжение между которыми нужно измерить (Р-24;1).

Р-24; 1

При этом важно выполнить такое условие: собственное сопротивление вольтметра должно быть во много раз больше, чем сопротивление, к которому он подключен. Вольтметр с недостаточно большим сопротивлением может заметно уменьшить общее сопротивление участка, а значит, и напряжение на этом участке, и в итоге прибор покажет меньшее напряжение, чем было до его подключения (Р-24;2).

Р-24;2

Амперметр — это своего рода счетчик движущихся зарядов со встроенным секундомером. Подсчитав количество зарядов, которые проходят по цепи за одну секунду, прибор показывает величину тока сразу в амперах, за что он и получил название амперметр. Прибор включается последовательно в цепь, в которой нужно измерить ток (Р-24;3).

Р-24;3

Собственное сопротивление амперметра должно быть во много раз меньше, чем общее сопротивление цепи, иначе он сам заметно изменит общее сопротивление цепи и покажет ток значительно меньший, чем был до его включения (Р-24;4).

Р-24;4

Омметр можно представить себе как комбинированный прибор, который одновременно измеряет напряжение и ток и сразу же по формуле закона Ома вычисляет сопротивление (Р-24;5).

Р-24;5

Возможен и более простой вариант: элемент цепи, сопротивление которого нужно измерить, подключается к генератору, э.д.с. которого известна, и тогда омметр определяет сопротивление только по величине тока (Р-24;6).

Р-24;6

Т-39. Чем больше потребляемый ток, тем меньше напряжение на выходе генератора. Внутреннее сопротивление генератора R_внутр—такой же элемент цепи, как и все остальные. И на нем так же, как и на других участках, создается какое-то напряжение (Р-25).

Р-25

При этом всей внешней цепи теперь уже достается напряжение несколько меньшее, чем э.д.с., меньшее как раз на величину внутреннего падения напряжения. Если увеличится потребляемый от генератора ток, то в полном согласии с законом Ома увеличится и внутреннее падение напряжения в генераторе, а значит, уменьшится напряжение U_г на выходе генератора (Р-25;3,4). Чтобы изменение нагрузки как можно меньше влияло на выходное напряжение генератора, его внутреннее сопротивление стараются свести к минимуму.

Кстати, напряжение на выходе батарейки уменьшается и при ее старении, так как со временем увеличивается R_внутр (Р-25;4).

Т-40. Последовательная цепь — делитель напряжения, параллельная — делитель тока. Можно так подобрать элементы последовательной цепи, чтобы на каком-нибудь из них получить напряжение, по сравнению с исходным уменьшенное во сколько угодно раз (Р-26;1,2). Чем меньшую часть исходного напряжения мы хотим получить и подать на нагрузку, тем меньше должно быть сопротивление участка, с которого оно снимается. Кроме того, сопротивление участка делителя, с которого снимается напряжение, должно быть значительно меньше, чем сопротивление нагрузки, которая к этому участку будет подключена (Р-26;3). Иначе подключение нагрузки изменит сопротивление всего участка и напряжение на нем снизится. В одной из разновидностей делителя частью его является сама нагрузка (Р-26;4).

Р-26

В этом случае второе сопротивление делителя, то, на котором гасится избыток напряжения, называют гасящим сопротивлением. Еще одна разновидность делителя — с резисторами переменного сопротивления (Р-26;5), с помощью которых можно плавно менять напряжение.