|
Напряжение и ток
Теоретические основы электроники
(Основы электроники)
1.1. Напряжение и ток
Напряжение и ток - это количественные
понятия, о которых следует помнить
всегда, когда дело касается электронной
схемы. Обычно они изменяются во времени,
в противном случае работа схемы не
представляет интереса.
Напряжение (условное обозначение U,
иногда Е). Напряжение между двумя
точками - это энергия (или работа),
которая затрачивается на перемещение
единичного положительного заряда из точки
с низким потенциалом в точку с высоким
потенциалом (т.е. первая точка имеет
более отрицательный потенциал по
сравнению со второй). Иначе говоря, это
энергия, которая высвобождается, когда
единичный заряд «сползает» от высокого
потенциала к низкому. Напряжение
называют также разностью потенциалов или
электродвижущей силой (э.д.с).
Единицей измерения напряжения служит вольт.
Обычно напряжение измеряют в вольтах
(В), киловольтах (1 кВ = 103 В),
милливольтах (1 мВ = 10-3 В) или
микровольтах (1 мкВ = 10-б В). Для того чтобы
переместить заряд величиной 1 кулон между
точками, имеющими разность потенциалов
величиной 1 вольт, необходимо
совершить работу в 1 джоуль. (Кулон служит
единицей измерения электрического
заряда и равен заряду приблизительно 61018
электронов.) Напряжение, измеряемое в
нановольтах (1 нВ = 109 В) или в мега
вольтах (1 мВ = 106 В).
Ток (условное обозначение I). Ток - это
скорость перемещения электрического
заряда в точке. Единицей измерения тока
служит ампер. Обычно ток измеряют в
амперах (А), миллиамперах (1 мА =
10-3 А), микроамперах (1 мкА =
10-6 А), наноамперах (1 нА = 10-9 А)
и иногда в пикоамперах (1 пкА = 10-12 А).
Ток величиной 1 ампер создается
перемещением заряда величиной 1 кулон за
время, равное 1 с. Условились считать,
что ток в цепи протекает от точки с более
положительным потенциалом к точке с
более отрицательным потенциалом, хотя
электрон перемещается в
противоположном направлении.
Запомните: напряжение всегда измеряется между двумя точками схемы, ток
всегда протекает через точку в схеме или
через какой-нибудь элемент схемы. Напряжение создается путем
воздействия на электрические заряды в таких
устройствах, как батареи
(электрохимические реакции), генераторы
(взаимодействие магнитных сил), солнечные батареи
(фотогальванический эффект энергии
фотонов) и т.п. Ток мы получаем,
прикладывая напряжение между точками
схемы.
Запомните несколько простых правил,
касающихся тока и напряжения.
1. Сумма токов, втекающих в точку, равна сумме токов, вытекающих из нее
(сохранение заряда). Иногда это правило называют законом Кирхгофа для токов.
Инженеры любят называть такую точку схемы узлом. Из этого правила вытекает
следствие: в последовательной цепи (представляющей собой группу элементов,
имеющих по два конца и соединенных этими концами один с другим) ток во всех
точках одинаков.
2. При параллельном соединении элементов напряжение на каждом из
элементов одинаково. Иначе говоря, сумма падений напряжения между точками
А и В, измеренная по любой ветви схемы, соединяющей эти точки, одинакова и
равна напряжению между точками А и В. Иногда это правило формулируется так:
сумма падений напряжения в любом замкнутом контуре схемы равна нулю.
Это закон Кирхгофа для напряжений.
3. Мощность (работа, совершенная за единицу времени), потребляемая схемой,
определяется следующим образом: Р = UI.
Вспомним, как мы определили
напряжение и ток, и получим, что мощность
равна: (работа/заряд) · (заряд/время).
Если напряжение U измерено в вольтах,
а ток I - в амперах, то мощность P будет
выражена в ваттах. Мощность величиной
1 ватт - это работа в 1 джоуль,
совершенная за 1 с (1 Вт = 1 Дж/с).
|
|
|