Τάση και πώς λειτουργεί

Πιθανώς έχετε ακούσει ότι μια μπαταρία ή μια έξοδος τοίχων έχει ορισμένα βολτ. Αυτό είναι μια μέτρηση της ηλεκτρικής δυνατότητας που παράγεται από την μπαταρία, ή το πλέγμα χρησιμότητας που συνδέεται με την έξοδο τοίχων.

Όλα εκείνα τα βολτ κάθονται εκεί να περιμένουν σας να τους χρησιμοποιήσετε, αλλά υπάρχει μια σύλληψη: για η ηλεκτρική ενέργεια κάνει οποιαδήποτε εργασία, πρέπει να είναι σε θέση να κινηθεί. Σου είδος ομοειδούς ένα ανθισμένος-επάνω μπαλόνι εάν το τσιμπήσετε από, υπάρχει αέρας εκεί σε αυτός θα μπορούσε να κάνει κάτι εάν έχει απελευθερώσει, αλλά δεν θα κάνει πραγματικά τίποτα έως ότου το αφήνετε έξω.

Αντίθετα από τον αέρα που βγαίνει από ένα μπαλόνι, η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί μόνο να διατρέξει των υλικών που μπορούν να διευθύνουν την ηλεκτρική ενέργεια, όπως το καλώδιο χαλκού. Εάν συνδέετε ένα καλώδιο με μια έξοδο μπαταριών ή τοίχων (ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ: η τάση σε μια έξοδο τοίχων είναι επικίνδυνη, δεν κάνει αυτό!), θα δίνετε στην ηλεκτρική ενέργεια μια πορεία που ακολουθεί. Αλλά εάν το καλώδιο δεν συνδέεται με τίποτ' άλλο, η ηλεκτρική ενέργεια δεν θα πρέπει να πάει οπουδήποτε και ακόμα δεν θα κινηθεί.

Αυτό που κάνει την κίνηση ηλεκτρικής ενέργειας; Η ηλεκτρική ενέργεια θέλει να ρεύσει από μια υψηλότερη τάση σε μια χαμηλότερη τάση. Αυτό είναι ακριβώς όπως το μπαλόνι: ο διατηρημένος σταθερή ατμοσφαιρική πίεση αέρας στο μπαλόνι θέλει να ρεύσει από μέσα από το μπαλόνι (υψηλότερη πίεση) έξω από το μπαλόνι (χαμηλότερη πίεση). Εάν δημιουργήσετε μια αγώγιμη πορεία μεταξύ μιας υψηλότερης τάσης και μιας χαμηλότερης τάσης, η ηλεκτρική ενέργεια θα ρεύσει κατά μήκος εκείνης της πορείας. Και εάν παρεμβάλετε κάτι χρήσιμο σε εκείνη την πορεία όπως οδηγήσεων, η ρέοντας ηλεκτρική ενέργεια θα κάνει κάποια εργασία για σας, όπως να ανάψει που επάνω οδηγήσεις. Huzzah!

Έτσι, πού βρίσκετε μια υψηλότερη τάση και μια χαμηλότερη τάση; Εδώ είναι κάτι πραγματικά χρήσιμο να ξέρει: κάθε πηγή ηλεκτρικής ενέργειας έχει δύο πλευρές. Μπορείτε να δείτε αυτό στις μπαταρίες, που έχουν τα καλύμματα μετάλλων και στις δύο άκρες, ή την έξοδο τοίχων σας που έχει δύο (ή περισσότεροι) τρύπες. Στις μπαταρίες και άλλες πηγές ΣΥΝΕΧΟΥΣ (άμεσο ρεύμα) τάσης, αυτές οι πλευρές (συχνά αποκαλούμενες τερματικά) ονομάζονται το θετικό (ή «+»), και αρνητικός (ή «-»).

Γιατί κάθε πηγή ηλεκτρικής ενέργειας έχει δύο πλευρές; Αυτό πηγαίνει πίσω στην ιδέα «της δυνατότητας», και ότι χρειάζεστε μια διαφορά τάσης προκειμένου να αποκτηθεί η ηλεκτρική ενέργεια για να ρεύσετε. Ηχεί ανόητο, αλλά δεν μπορείτε να έχετε μια διαφορά χωρίς δύο πράγματα για να είστε διαφορετικοί. Σε οποιαδήποτε παροχή ηλεκτρικού ρεύματος, η θετική πλευρά θα έχει μια υψηλότερη τάση από την αρνητική πλευρά, η οποία είναι ακριβώς αυτό που θέλουμε. Στην πραγματικότητα, όταν μετράμε την τάση, συνήθως λέμε ότι η αρνητική πλευρά είναι 0 βολτ, και η θετική πλευρά είναι εντούτοις πολλά βολτ που ο ανεφοδιασμός μπορεί να παρέχει.

Οι ηλεκτρικές πηγές είναι όπως τις αντλίες. Οι αντλίες έχουν πάντα δύο πλευρές, μια έξοδο που εκρήγνυνται κάτι, και έναν κολπίσκο που απορροφά κάτι μέσα. Οι μπαταρίες και οι γεννήτριες και τα ηλιακά πλαίσια λειτουργούν τον ίδιο τρόπο. Κάτι μέσα σε τους είναι σκληρό στην κινούμενη ηλεκτρική ενέργεια εργασίας προς την έξοδο (η θετική πλευρά), αλλά όλη αυτή η ηλεκτρική ενέργεια που αφήνει τη συσκευή δημιουργεί ένα κενό, έτσι σημαίνει ότι η αρνητική πλευρά πρέπει να τραβήξει την ηλεκτρική ενέργεια για να αντικαταστήσει μέσα it.*

Τι έχουμε μάθει μέχρι στιγμής;

• Η τάση είναι πιθανή, αλλά η ηλεκτρική ενέργεια πρέπει να ρεύσει για να κάνει τίποτα χρήσιμο.
• Η ηλεκτρική ενέργεια χρειάζεται μια πορεία για να διατρέξει, το οποίο πρέπει να είναι ένας ηλεκτρικός αγωγός όπως το καλώδιο χαλκού.
• Η ηλεκτρική ενέργεια θα ρεύσει από μια υψηλότερη τάση σε μια χαμηλότερη τάση.
• Οι πηγές ΣΥΝΕΧΟΥΣ τάσης πάντα καλούν δύο πλευρές, θετικές και αρνητικές, με τη θετική πλευρά μια υψηλότερη τάση από την αρνητική πλευρά.

Το απλούστερο κύκλωμα

Είμαστε τελικά έτοιμοι να κάνουμε την εργασία ηλεκτρικής ενέργειας για μας! Εάν συνδέουμε τη θετική πλευρά μιας πηγής τάσης, μέσω κάτι που κάνει κάποια εργασία όπως μια εκπέμπουσα φως δίοδος (οδηγήσεις), και πίσω στην αρνητική πλευρά της πηγής τάσης η ηλεκτρική ενέργεια, ή το ρεύμα, θα ρεύσει. Και μπορούμε να βάλουμε τα πράγματα στην πορεία που κάνουν τα χρήσιμα πράγματα όταν τρέχουσες ροές μέσω τους, όπως LEDs εκείνο το φως επάνω.

Αυτή η κυκλική πορεία, που απαιτείται πάντα για να πάρει την ηλεκτρική ενέργεια για να ρεύσει και να κάνει κάτι χρήσιμο, καλείται κύκλωμα. Ένα κύκλωμα είναι μια πορεία που ενάρξεις και στάσεις στο ίδιο μέρος, το οποίο είναι ακριβώς αυτό που κάνουμε.

Χτυπήστε αυτήν την σύνδεση για να δείτε μια προσομοίωση της τρέχουσας ροής ενός απλού κυκλώματος. Αυτή η προσομοίωση απαιτεί την Ιάβα για να τρέξει.

Το *Benjamin Franklin αρχικά έγραψε ότι η ηλεκτρική ενέργεια ρέει από τη θετική πλευρά μιας πηγής τάσης στην αρνητική πλευρά. Εντούτοις, ο Franklin δεν είχε κανέναν τρόπο ότι τα ηλεκτρόνια ρέουν πραγματικά στην αντίθετη κατεύθυνση - στο ατομικό επίπεδο, βγαίνουν από την αρνητικούς πλευρά και το βρόχο - πίσω στη θετική πλευρά. Επειδή οι μηχανικοί ακολούθησαν το μόλυβδο του Franklin για τις εκατοντάδες των ετών προτού να ανακαλυφθεί η αλήθεια, χρησιμοποιούμε ακόμα τη «λανθασμένη» σύμβαση σε αυτήν την ημέρα. Από πρακτικής απόψεως αυτή η λεπτομέρεια δεν πειράζει, και εφ' όσον χρησιμοποιεί ο καθένας την ίδια σύμβαση, μπορούμε όλοι να χτίσουμε τα κυκλώματα που λειτουργούν απλώς καλά.

Σύντομα και ανοικτά κυκλώματα

Τι είναι ένα «φορτίο»;

Ο λόγος που θέλουμε να χτίσουμε τα κυκλώματα είναι να κάνει η ηλεκτρική ενέργεια να κάνει τα χρήσιμα πράγματα για μας. Ο τρόπος κάνουμε που είναι με την τοποθέτηση των πραγμάτων στο κύκλωμα που χρησιμοποιούν την τρέχουσα ροή στο φως επάνω, κάνουν το θόρυβο, να τρέξει τα προγράμματα, κ.λπ.

Αυτά τα πράγματα καλούνται φορτία, επειδή «φορτώνουν κάτω από» την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος, ακριβώς όπως σας «φορτώνονται κάτω από» όταν φέρνετε κάτι. Ο ίδιος τρόπος εσείς θα μπορούσε να φορτωθεί κάτω με πάρα πολύ βάρος, είναι δυνατό να φορτώσει κάτω από μια παροχή ηλεκτρικού ρεύματος πάρα πολύ, η οποία θα επιβραδύνει την τρέχουσα ροή. Αλλά αντίθετα από σας, είναι επίσης δυνατό να φορτώσει κάτω από ένα κύκλωμα ελάχιστα - αυτό μπορεί να αφήσει πάρα πολλή τρέχουσα ροή (φανταστείτε πάρα πολύ γρήγορα εάν δεν φέρνατε οποιοδήποτε βάρος), το οποίο μπορεί να καψει έξω τα μέρη σας ή ακόμα και την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος.

Θα μάθετε όλων για την τάση, το ρεύμα, και τα φορτία στο επόμενο σεμινάριο: Τάση, ρεύμα, αντίσταση, και νόμος του ωμ. Αλλά για τώρα, μάθετε περίπου δύο ειδικές περιπτώσεις του κυκλώματος: βραχυκύκλωμα, και ανοικτό κύκλωμα. Η γνώση για αυτούς θα βοηθήσει παρά πολύ όταν είστε ανίχνευση μηχανικών βλαβών τα κυκλώματά σας.

Βραχυκύκλωμα

ΜΗΝ ΚΑΝΕΤΕ ΑΥΤΟ, αλλά εάν συνδέσετε ένα καλώδιο άμεσα από το θετικό με την αρνητική πλευρά μιας παροχής ηλεκτρικού ρεύματος, θα δημιουργήσετε τι καλείται βραχυκύκλωμα. Αυτό είναι μια πολύ κακή ιδέα.

Αυτό φαίνεται όπως το καλύτερο δυνατό κύκλωμα, τόσο γιατί είναι μια κακή ιδέα; Θυμηθείτε ότι το ηλεκτρικό ρεύμα θέλει να ρεύσει από μια υψηλότερη τάση σε μια χαμηλότερη τάση, και εάν βάζετε ένα φορτίο στο ρεύμα, μπορείτε να κάνετε κάτι χρήσιμο όπως το φως επάνω οδηγήσεις.

Εάν έχετε ένα φορτίο στο ρεύμα, η τρέχουσα ροή μέσω του κυκλώματός σας θα περιοριστεί σε αυτή που η συσκευή σας καταναλώνει, το οποίο είναι συνήθως ένα πολύ μικρό ποσό. Εντούτοις, εάν δεν υποβάλλετε τίποτα για να περιορίσετε την τρέχουσα ροή, δεν θα υπάρξει τίποτα για να επιβραδύνει το ρεύμα, και θα προσπαθήσει να είναι άπειρο!

Η παροχή ηλεκτρικού ρεύματός σας δεν μπορεί να παρέχει το άπειρο ρεύμα, αλλά θα παράσχει τόσο πολύ όπως μπορεί, το οποίο μπορεί να είναι πολύ. Αυτό θα μπορούσε να προκαλέσει το καλώδιό σας στην καύση, να βλάψει την παροχή ηλεκτρικού ρεύματος, να στραγγίξει την μπαταρία σας, ή άλλα συναρπαστικά πράγματα. Το μεγαλύτερο μέρος του χρόνου η παροχή ηλεκτρικού ρεύματός σας θα χτίσει κάποιο είδος του μηχανισμού ασφάλειας σε το για να περιορίσει το μέγιστο ρεύμα σε περίπτωση βραχυκυκλώματος, αλλά όχι πάντα. Αυτό είναι ο λόγος όλα τα σπίτια και τα κτήρια έχουν τους διακόπτες, για να αποτρέψουν τις πυρκαγιές από να αρχίσουν σε περίπτωση βραχυκυκλώματος κάπου στην καλωδίωση.

Ένα στενά συνδεδεμένο πρόβλημα αφήνει τυχαία πάρα πολλή τρέχουσα ροή μέσω μέρους του κυκλώματός σας, προκαλώντας ένα μέρος στην καύση. Αυτό δεν είναι αρκετά ένα βραχυκύκλωμα, αλλά είναι στενό. Αυτό ο συχνότερα συμβαίνει πότε χρησιμοποιείτε την ανακριβή αξία αντιστατών, η οποία αφήνει πάρα πολλή τρέχουσα ροή μέσω ενός άλλου συστατικού όπως οδηγήσεις.

Η κατώτατη γραμμή: εάν παρατηρείτε ότι τα πράγματα γίνονται ξαφνικά καυτά ή ένα μέρος καίει ξαφνικά έξω, κλείστε αμέσως τη δύναμη και ψάξτε τα πιθανά βραχυκυκλώματα.

Ανοικτό κύκλωμα

Το αντίθετο ενός βραχυκυκλώματος είναι ένα ανοικτό κύκλωμα. Αυτό είναι ένα κύκλωμα όπου ο βρόχος δεν συνδέεται πλήρως (και επομένως αυτό δεν είναι πραγματικά ένα κύκλωμα καθόλου).

Αντίθετα από το βραχυκύκλωμα ανωτέρω, τίποτα δεν θα πάρει βλαμμένο από αυτό το «κύκλωμα», αλλά το κύκλωμά σας δεν θα λειτουργήσει ούτε. Εάν είστε νέοι στα κυκλώματα, μπορεί συχνά είναι δύσκολο να βρεθεί όπου το σπάσιμο είναι, ειδικά εάν χρησιμοποιείτε breadboards όπου όλοι οι αγωγοί είναι κρυμμένοι.

Εάν το κύκλωμά σας δεν λειτουργεί, η πλέον πιθανή αιτία είναι ένα ανοικτό κύκλωμα. Αυτό οφείλεται συνήθως σε μια σπασμένη σύνδεση ή ένα χαλαρό καλώδιο. (Τα βραχυκυκλώματα μπορούν να κλέψουν όλη τη δύναμη από το υπόλοιπο του κυκλώματός σας, έτσι είναι σίγουρα να ψάξουν εκείνων επίσης.)

ΑΚΡΗ: εάν δεν μπορείτε να βρείτε εύκολα όπου το κύκλωμά σας είναι ανοικτό, ένα πολύμετρο μπορεί να είναι πολύ χρήσιμο εργαλείο. Εάν το θέτετε στα βολτ μέτρου, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για να ελέγξετε την τάση στα διάφορα σημεία στο ισχύς κύκλωμά σας, και βρίσκετε τελικά το σημείο όπου η τάση δεν περνά.

Πόροι και μετάβαση περαιτέρω

Μάθατε μόλις, με πιό βασική μορφή της, τι ένα κύκλωμα είναι. Δεδομένου ότι συνεχίζετε, θα αντιμετωπίσετε τα πιό σύνθετα κυκλώματα που έχουν τους πολλαπλάσιους βρόχους και τα πολλά περισσότερα ηλεκτρονικά συστατικά. Αλλά ΟΛΑ τα κυκλώματα, ανεξάρτητα από το πόσο σύνθετος, θα ακολουθήσει τους ίδιους κανόνες με το βασικό κύκλωμα ένας-βρόχων εσείς έμαθαν ακριβώς περίπου.

Το ταξίδι σας στην ηλεκτρονική αρχίζει ακριβώς, είναι εδώ μερικά προτεινόμενα επόμενα θέματα που εξερευνούν:

• Breadboards είναι χρήσιμα εργαλεία που σας αφήνουν να χτίσετε γρήγορα τα προσωρινά κυκλώματα χρησιμοποιώντας τα καλώδια αλτών. Τους χρησιμοποιούμε όλη την ώρα. Μπορείτε επίσης να θελήσετε να κυριαρχήσετε την εργασία με το καλώδιο για να σας βοηθήσετε να χτίσετε τα κυκλώματά σας.
• Ένα την πολύμετρο σας αφήνει να μετρήσετε την τάση, το ρεύμα, και την αντίσταση και είναι μια μεγάλη βοήθεια κατά προσπάθεια να ανιχνευηθούν λάθη τα δυσλειτουργώντας κυκλώματα.
• Τα κυκλώματα έρχονται σε όλες τα διαφορετικές μεγέθη, τις μορφές, και τις διαμορφώσεις. Ελέγξτε έξω τη σειρά εναντίον του παράλληλου σεμιναρίου κυκλωμάτων για να δείτε τα κυκλώματα που λαμβάνονται στο επόμενο επίπεδο.

Εδώ είναι μερικά σεμινάρια στα πιό κοινά συστατικά που θα χρησιμοποιήσετε κατά την οικοδόμηση των κυκλωμάτων.

• Ένας μεγάλος τρόπος να μάθει για τα κυκλώματα είναι να αρχίσει μερικών. Το σεμινάριο των οδηγήσεών μας θα επιδείξει πώς να ανάψει επάνω ένα ή πολύ LEDs.
• Οι αντιστάτες είναι ένα από τα ευρύτατα χρησιμοποιημένα συστατικά στα κυκλώματα.
• Οι πυκνωτές βρίσκονται επίσης στα περισσότερα κυκλώματα. Όπως είναι οι δίοδοι.
• --το https://learn.sparkfun.com/tutorials/what-is-a-circuit