Η τάση και πώς λειτουργεί

Πιθανόν να έχετε ακούσει ότι μια μπαταρία ή μια πρίζα του τοίχου έχει έναν ορισμένο αριθμόΒόλτΑυτή είναι μια μέτρηση της ηλεκτρικήςδυναμικόπου παράγεται από την μπαταρία ή το δίκτυο κοινής ωφέλειας που συνδέεται με την πρίζα του τοίχου.

Όλα αυτά τα βολτ περιμένουν να τα χρησιμοποιήσεις, αλλά υπάρχει ένα κόλπο:Για να κάνει ηλεκτρική ενέργεια οποιαδήποτε δουλειά, πρέπει να μπορεί να κινείται.Είναι σαν ένα φουσκωμένο μπαλόνι, αν το τσιμπήσεις, υπάρχει αέρας εκεί μέσα πουΘα μπορούσεΚάντε κάτι αν απελευθερωθεί, αλλά δεν θα κάνει τίποτα μέχρι να το αφήσεις να βγει.

Σε αντίθεση με τον αέρα που βγαίνει από ένα μπαλόνι, ο ηλεκτρισμός μπορεί να ρέει μόνο μέσα από υλικά που μπορούν να οδηγήσουν ηλεκτρισμό, όπως ένα σύρμα χαλκού.Προειδοποίηση:Η τάση σε μια πρίζα είναι επικίνδυνη, μην το κάνετε αυτό!), θα δώσετε στην ηλεκτρική ενέργεια μια διαδρομή να ακολουθήσει.Η ηλεκτρική ενέργεια δεν θα έχει πουθενά να πάει και ακόμα δεν θα κινηθεί..

Τι κάνει τον ηλεκτρισμό να κινείται;Η ηλεκτρική ενέργεια θέλει να ρέει από υψηλότερη τάση σε χαμηλότερη τάση.Αυτό είναι ακριβώς όπως το μπαλόνι: ο αέρας υπό πίεση στο μπαλόνι θέλει να ρέει από το εσωτερικό του μπαλόνι (υψηλότερη πίεση) προς το εξωτερικό του μπαλόνι (κατώτερη πίεση).Αν δημιουργήσετε μια αγωγική διαδρομή μεταξύ μιας υψηλότερης τάσης και μιας χαμηλότερης τάσηςΚαι αν βάλεις κάτι χρήσιμο σε αυτό το μονοπάτι, όπως ένα LED, το ρεύμα που ρέει θα κάνει κάποια δουλειά για σένα, όπως να ανάψει αυτό το LED.

Έτσι, που μπορείτε να βρείτε μια υψηλότερη τάση και μια χαμηλότερη τάση; Εδώ είναι κάτι πραγματικά χρήσιμο να γνωρίζουν:Κάθε πηγή ηλεκτρικής ενέργειας έχει δύο πλευρές.Μπορείτε να το δείτε σε μπαταρίες, οι οποίες έχουν μεταλλικά καπάκια και στα δύο άκρα, ή στην έξοδο του τοίχου σας που έχει δύο (ή περισσότερες) τρύπες.Συνεχές ρεύμαΠηγές τάσης, αυτές οι πλευρές (συχνά ονομάζονταιΤερματικά) ονομάζονταιθετικό(ή ∆+Δ), καιαρνητικό(ή -).

Γιατί κάθε πηγή ηλεκτρικής ενέργειας έχει δύο πλευρές; Αυτό πηγαίνει πίσω στην ιδέα του δυναμικού, και ότι χρειάζεσαι μια διαφορά τάσης για να ρέει η ηλεκτρική ενέργεια.Αλλά δεν μπορείς να έχεις μια διαφορά χωρίς δύο πράγματα να είναι διαφορετικά.Σε κάθε τροφοδοσία ενέργειας, η θετική πλευρά θα έχει υψηλότερη τάση από την αρνητική πλευρά, η οποία είναι ακριβώς αυτό που θέλουμε.Συνήθως λέμε ότι η αρνητική πλευρά είναι 0 βολτ., και η θετική πλευρά είναι πόσα βολτ μπορεί να παρέχει η παροχή.

Οι πηγές ηλεκτρικής ενέργειας είναι σαν τις αντλίες. Οι αντλίες έχουν πάντα δύο πλευρές, μια έξοδο που εκτοξεύει κάτι και μια είσοδο που ρουφάει κάτι.Κάτι μέσα τους δουλεύει σκληρά μετακινώντας ηλεκτρικό ρεύμα προς την έξοδο (η θετική πλευρά)Αλλά όλη αυτή η ηλεκτρική ενέργεια που φεύγει από τη συσκευή δημιουργεί ένα κενό, που σημαίνει ότι η αρνητική πλευρά πρέπει να τραβήξει ηλεκτρική ενέργεια για να την αντικαταστήσει.*

Τι μάθαμε μέχρι τώρα;

• Η τάση είναι δυναμική, αλλά η ηλεκτρική ενέργεια πρέπει να ρέει για να κάνει κάτι χρήσιμο.
• Η ηλεκτρική ενέργεια χρειάζεται ένα μονοπάτι για να ρέει, το οποίο πρέπει να είναι ένας ηλεκτρικός αγωγός όπως ένα χαλκό σύρμα.
• Η ηλεκτρική ενέργεια θα ρέει από υψηλότερη τάση σε χαμηλότερη τάση.
• Οι πηγές τάσης συνεχούς ρεύματος έχουν πάντα δύο πλευρές, που ονομάζονται θετική και αρνητική, με τη θετική πλευρά να έχει υψηλότερη τάση από την αρνητική πλευρά.

Το Απλούστερο Κύκλο

Αν συνδέσουμε την θετική πλευρά μιας πηγής τάσης, μέσω κάποιου που κάνει κάποια εργασία, όπως ένας διόδος εκπομπής φωτός (LED),και πίσω στην αρνητική πλευρά της πηγής τάσης· ηλεκτρική ενέργεια, ήρεύμαΚαι μπορούμε να βάλουμε πράγματα στο μονοπάτι που κάνουν χρήσιμα πράγματα όταν το ρεύμα ρέει μέσα τους, όπως LEDs που φωτίζουν.

Αυτή η κυκλική πορεία, η οποία απαιτείται πάντοτε για να ρέει ηλεκτρισμός και να κάνει κάτι χρήσιμο, ονομάζεται κύκλος.Ένα κύκλωμα είναι ένα μονοπάτι που ξεκινά και σταματά στο ίδιο μέρος, που είναι ακριβώς αυτό που κάνουμε.

Κάντε κλικ σε αυτό το σύνδεσμοΑυτή η προσομοίωση απαιτεί Java για να τρέξει.

*Ο Μπέντζαμιν Φράνκλιν αρχικά έγραψε ότι η ηλεκτρική ενέργεια ρέει από τη θετική πλευρά μιας πηγής τάσης στη αρνητική πλευρά.Τα ηλεκτρόνια κυλούν στην αντίθετη κατεύθυνση.Επειδή οι μηχανικοί ακολούθησαν το παράδειγμα του Φράνκλιν για εκατοντάδες χρόνια πριν ανακαλυφθεί η αλήθεια,Χρησιμοποιούμε ακόμα την σύμβαση "λάθος" μέχρι σήμερα.Στην πράξη, αυτή η λεπτομέρεια δεν έχει σημασία, και όσο όλοι χρησιμοποιούν την ίδια σύμβαση, μπορούμε όλοι να κατασκευάσουμε κυκλώματα που λειτουργούν μια χαρά.

Σύντομα και ανοιχτά κυκλώματα

Τι είναι το “Load”;

Ο λόγος που θέλουμε να κατασκευάσουμε κυκλώματα είναι να κάνουμε το ηλεκτρικό ρεύμα να κάνει χρήσιμα πράγματα για εμάς.Εκτελέστε προγράμματα, κλπ.

Αυτά τα πράγματα ονομάζονταιφορτίαΌπως όταν κουβαλάς κάτι, έτσι κι όταν είσαι πολύ βαρύς.Είναι δυνατόν να φορτώσετε υπερβολικά την τροφοδοσίαΑλλά σε αντίθεση με σένα,Είναι επίσης δυνατό να φορτώσετε ένα κύκλωμα πολύ λίγο - αυτό μπορεί να αφήσει πάρα πολύ ρεύμα να ρέει (προσθέστε ότι τρέχετε πολύ γρήγορα αν δεν κουβαλάτε καθόλου βάρος), που μπορεί να κάψει τα εξαρτήματά σας ή ακόμα και την παροχή ενέργειας.

Θα μάθετε τα πάντα για την τάση, το ρεύμα και τα φορτία στο επόμενο tutorial:Η τάση, το ρεύμα, η αντίσταση και ο νόμος του ΩμΑλλά προς το παρόν, ας μάθουμε για δύο ειδικές περιπτώσεις κυκλώματος:βραχυκύκλωμα, καιανοιχτό κύκλωμαΗ γνώση αυτών θα σας βοηθήσει πάρα πολύ όταν προσπαθείτε να λύσετε προβλήματα στα δικά σας κυκλώματα.

Σύντομο κύκλο

Μην το κάνετε αυτό, αλλά αν συνδέσετε ένα καλώδιο απευθείας από τη θετική στην αρνητική πλευρά μιας τροφοδοσίας, θα δημιουργήσετε αυτό που ονομάζεταιβραχυκύκλωμαΕίναι πολύ κακή ιδέα.

Θυμηθείτε ότι το ηλεκτρικό ρεύμα θέλει να ρέει από μια υψηλότερη τάση σε μια χαμηλότερη τάση, και αν βάλετε φορτίο στο ρεύμα,Μπορείς να κάνεις κάτι χρήσιμο όπως να ανάψεις ένα LED.

Εάν έχετε φορτίο στο ρεύμα, η ροή ρεύματος μέσω του κυκλώματος σας θα περιοριστεί σε αυτό που καταναλώνει η συσκευή σας, η οποία είναι συνήθως πολύ μικρή ποσότητα.αν δεν βάλετε τίποτα για να περιορίσετε τη ροή του ρεύματος, δεν θα υπάρχει τίποτα για να επιβραδύνει το ρεύμα, και θα προσπαθήσει να είναι απεριόριστο!

Η τροφοδοσία σας δεν μπορεί να παράγει άπειρο ρεύμα, αλλά θα παράγει όσο περισσότερο μπορεί, το οποίο μπορεί να είναι πολύ.ή άλλα συναρπαστικά πράγματα.Τις περισσότερες φορές η τροφοδοσία σας θα έχει κάποιο είδος μηχανισμού ασφαλείας για να περιορίσει το μέγιστο ρεύμα σε περίπτωση βραχυκυκλώματος, αλλά όχι πάντα.Αυτός είναι ο λόγος που όλα τα σπίτια και τα κτίρια έχουνΔιακόπτες κυκλωμάτων, για να αποφευχθεί η εκδήλωση πυρκαγιάς σε περίπτωση βραχυκυκλώματος κάπου στο καλώδιο.

Ένα στενά συνδεδεμένο πρόβλημα είναι το να αφήνετε κατά λάθος υπερβολικό ρεύμα να ρέει μέσα από ένα μέρος του κυκλώματος σας, προκαλώντας ένα μέρος να καεί.Αυτό συμβαίνει πιο συχνά όταν χρησιμοποιείτε το λάθοςαντίστασητιμής, η οποία επιτρέπει υπερβολική ροή ρεύματος μέσω ενός άλλου στοιχείου, όπως ένα LED.

Το βασικό:Εάν παρατηρήσετε ότι τα πράγματα ξαφνικά ζεσταίνονται ή ένα μέρος ξαφνικά καίγεται, κλείστε αμέσως το ρεύμα και ψάξτε για πιθανά βραχυκυκλώματα.

Ανοιχτό κύκλωμα

Το αντίθετο ενός βραχυκυκλώματος είναι έναανοιχτό κύκλωμαΑυτό είναι ένα κύκλωμα όπου ο βρόχος δεν είναι πλήρως συνδεδεμένος (και επομένως αυτό δεν είναι πραγματικά ένα κύκλωμα καθόλου).

Αντίθετα με το βραχυκύκλωμα παραπάνω, τίποτα δεν θα βλάψει από αυτό το “κύκλωμα”, αλλά ούτε το κύκλωμά σας θα λειτουργήσει.Ιδιαίτερα αν χρησιμοποιείτεψωμιέςΕκεί που κρύβονται όλοι οι αγωγοί.

Αν το κύκλωμά σας δεν λειτουργεί, η πιο πιθανή αιτία είναι ένα ανοιχτό κύκλωμα.Αυτό συνήθως οφείλεται σε μια σπασμένη σύνδεση ή σε ένα χαλαρό καλώδιο. (Τα μικρά κυκλώματα μπορούν να κλέψουν όλη την ενέργεια από το υπόλοιπο κύκλωμά σας, γι' αυτό βεβαιωθείτε ότι τα ψάχνετε και αυτά).

ΣΥΜΠΟΣΗ:Αν δεν μπορείτε να βρείτε εύκολα πού είναι ανοιχτό το κύκλωμά σας,πολυμετρητήΑν το ρυθμίσετε για να μετράει βολτ, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για να ελέγξετε την τάση σε διάφορα σημεία του τροχιάς σας,και τελικά να βρείτε το σημείο όπου η τάση δεν περνά.

Πόροι και Προχωράμε Περισσότερα

Μόλις μάθατε, στην πιο βασική της μορφή, τι είναι ένα κύκλωμα. Καθώς συνεχίζετε να μαθαίνετε, θα συναντήσετε πιο πολύπλοκα κυκλώματα που έχουν πολλαπλούς βρόχους και πολλά περισσότερα ηλεκτρονικά εξαρτήματα.Αλλά όλα τα κυκλώματα, ανεξάρτητα από το πόσο περίπλοκο, θα ακολουθήσει τους ίδιους κανόνες με το βασικό κύκλωμα ενός βρόχου που μόλις μάθατε.

Το ταξίδι σας στα ηλεκτρονικά μόλις αρχίζει, εδώ είναι μερικά προτεινόμενα επόμενα θέματα για να εξερευνήσετε:

• ΠρακτικέςΕίναι χρήσιμα εργαλεία που σας επιτρέπουν να δημιουργήσετε γρήγορα προσωρινά κυκλώματα χρησιμοποιώντας καλώδια jumper.Εργασία με σύρμαΓια να σας βοηθήσει να φτιάξετε τα κυκλώματά σας.
• Απολυμετρητήσας επιτρέπει να μετρήσετε την τάση, το ρεύμα και την αντίσταση και είναι μεγάλη βοήθεια όταν προσπαθείτε να διορθώσετε προβλήματα σε ελαττωματικά κυκλώματα.
• Τα κυκλώματα έρχονται σε όλα τα διαφορετικά μεγέθη, σχήματα και διαμορφώσεις.σειρές έναντι παράλληλων κυκλωμάτωνΔίδαγμα για να δεις τα κυκλώματα να πηγαίνουν στο επόμενο επίπεδο.

Εδώ είναι μερικά μαθήματα σχετικά με τα πιο κοινά συστατικά που θα χρησιμοποιήσετε κατά την κατασκευή κυκλωμάτων.

• Ένας πολύ καλός τρόπος για να μάθετε για κυκλώματα είναι να αρχίσετε να φτιάχνετε μερικά.Διδασκαλία LEDθα δείξει πώς να ανάβετε ένα ή πολλά LED.
• Αντίστασηςείναι ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα συστατικά στα κυκλώματα.
• ΣυσσωρευτέςΤα κύτταρα που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας είναι επίσης τα πιο γνωστά.Διοειδή.
• Το “Τι είναι το κύκλωμα;”