Dlaczego „potrzebujemy” rezystorów (rozumiem, co oni robią, ale nie dlaczego…)? [Zamknięte]

Zawsze miałem podstawową wiedzę na temat elektroniki. Teraz zaczynam się uczyć nieco więcej, używając Arduino jako platformy testowej i mam pytanie dotyczące rezystorów, których nie mogę rozwiązać poprzez badania.

Dlaczego ich używamy? Rozumiem, że ograniczają prąd. (W przypadku diody LED zbyt duży prąd podgrzałby ją i spalił.) Ale jak to mierzy się / oblicza / wybiera? Nie pytam konkretnie o przypadek użycia LED ani o sposób użycia LED. Próbuję zrozumieć, dlaczego na poziomie fizyki potrzebne są rezystory.

1. Co dzieje się z resztą nieużywanego prądu (z powodu rezystora)?
2. Czy dioda LED wykorzystuje WSZYSTKIE natężenie prądu dostępne w obwodzie? Jeśli nie, gdzie idzie reszta? (Przetwarzany z powrotem do źródła zasilania?)
3. Dlaczego dioda LED „obniża napięcie” o określoną wartość? A co dzieje się z resztą elementów w szeregu, czy spada napięcie dla każdego elementu, dopóki nie zostanie nic? Ma to sens, ale dioda LED nie ma wewnętrznego oporu (tak to wyjaśniono), więc dlaczego spada napięcie?
4. Niedawno obejrzałem film, w którym facet wyjaśniający rezystory, narysował szkic pokazujący 12 V → rezystor → LED --- 0 V (Czy wybierasz swój rezystor w zakresie „zużywania całego prądu / napięcia”, zanim dojdzie do koniec obwodu? wideo na YouTube
5. Dlaczego bateria ulega wyczerpaniu, jeśli podłączasz bezpośrednio zaciski, ale jeśli dodasz żarówkę (rezystor), tak nie jest?
6. Robiłem wiele godzin badań i rozumiem, co robi rezystor, ale nie rozumiem, dlaczego jest potrzebny (aby nie rozładować baterii? ... Czy to oznacza, że ​​„zjada” całą moc przed nią wraca na anodę?)
7. Dlaczego różne żarówki działają na tym samym akumulatorze (inna rezystancja, ale nie ma zwarcia?)

Wiem, że te pytania są szerokie i nie szukam osobno odpowiedzi na każde z nich. Wspominam o tych wielu pytaniach powyżej, aby wykazać, że nie mam pojęcia, dlaczego obwód potrzebuje rezystancji . To byłoby pytanie, na które należy odpowiedzieć.

Twoje zrozumienie tego, jak energia przepływa przez obwód, wymaga korekty.

1. Ile mocy przepływa przez obwód i jest pobierane z akumulatora lub źródła zasilania, zależy od tego, ile prądu przepływa przez ten obwód.

2. Ile prądu przepływa przez obwód, zależy od jego przewodności. Jeśli obwód ma wysoką rezystancję, jest mniej przewodzący i przepływa mniej prądu / mocy.

Więc łącząc te dwie rzeczy i patrząc na twoje pytania ...

1. Co dzieje się z resztą nieużywanego prądu (z powodu rezystora)?

Nie ma „reszty prądu”, prąd jest definiowany przez rezystancję obwodu.

2.Czy dioda LED wykorzystuje WSZYSTKIE natężenie dostępne w obwodzie? Jeśli nie, gdzie idzie reszta? (Przetwarzany z powrotem do źródła zasilania?)

Ponownie dioda LED i jej rezystor określają prąd, który będą pobierać. Nie ma „odpoczynku”.

3.Dlaczego dioda LED „spada napięcie” o określoną wartość? A co dzieje się z resztą elementów w szeregu, czy spada napięcie dla każdego elementu, dopóki nie zostanie nic?

Dioda LED ma mniej więcej stałe napięcie przewodzące przy danym prądzie. Reszta napięcia spada na rezystorze. To określa prąd przez diodę LED.

4. Niedawno obejrzałem film, w którym facet wyjaśniający rezystory, narysował szkic pokazujący 12 V -> Rezystor -> LED --- 0 V (Czy wybierasz swój rezystor w zakresie „zużywania całego prądu / napięcia” zanim dotrze do końca obwodu? Wideo z YouTube

W dowolnym obwodzie szeregowym przyłożone napięcie jest dzielone między elementy tego obwodu szeregowego. Prąd jest określony przez wymagania elementów obwodu i jest stały w całym obwodzie szeregowym.

Należy pamiętać, że napięcie jest po prostu pomiarem potencjału elektronów przepływających między dwoma punktami. Jest zawsze mierzony między dwoma punktami, a wartość 0 woltów mówi nam, że nie będzie prądu między tymi samymi dwoma punktami.

5.Dlaczego bateria ulega wyczerpaniu, jeśli podłączasz bezpośrednio zaciski, ale jeśli dodasz żarówkę (rezystor), tak nie jest?

Martwe zwarcie ma praktycznie zerową rezystancję i pobiera dużo prądu z zasilania. Żarówka ma opór i pobiera znacznie mniej prądu.

6. Robiłem wiele godzin badań i rozumiem, co robi rezystor, ale nie rozumiem, dlaczego jest potrzebny (aby nie rozładować akumulatora? .. czy to oznacza, że ​​„zjada” całą moc przed wraca do anody?)

Rezystory są potrzebne do ustawiania prądów i regulacji poziomów napięcia w obwodzie szeregowym. Są one również używane do innych funkcji, takich jak część filtrów częstotliwości, oscylatorów itp.

7.Dlaczego różne żarówki działają na tym samym akumulatorze (różna rezystancja, ale brak zwarcia?)

Różne żarówki mają różne rezystancje.

---

Aby zrozumieć to wszystko, czego potrzebujesz do zapoznania się z prawa Ohma i napięcia Kirchhoff w ustawie.

---

EDYCJA: Dodanie pytania do komentarza, ponieważ samo w sobie jest przydatne i może zostać migrowane.

Czy mam rację stwierdzając, że: „Jeśli umieszczę diodę LED bezpośrednio na źródle zasilania 600maH,„ wykorzysta ”wszystko, co jest dostępne (600maH). Czy następnie skalibruję rezystor, aby był w stanie wytrzymać wystarczającą ilość prądu, aby zasilić LED tylko to, czego potrzebuje?

Źródło zasilania o pojemności 600 mAh oznacza tutaj mniej. mAh jest miarą tego, ile naładowania i efektywnej całkowitej mocy akumulator dostarczy w danym czasie. Jeśli Twój obwód pobiera 1 mA, bateria wytrzyma 600 godzin. Jeśli twój obwód pobiera 1A, bateria będzie trwać tylko 36 minut. Zanotuj jednostki ... mA * Godziny.

Większa bateria o tej samej technologii i napięciu ma więcej mAh.

To, ile mocy może dostarczyć w danym momencie, zależy od rezystancji końcowej akumulatora i od szybkości reakcji chemicznej wewnątrz akumulatora. Akumulator litowo-jonowy 3,7 V 600 mAh zapewnia znacznie więcej surowej energii niż alkaliczny 1,5 V 600 mAh. Moc i energia to nie to samo. Ostatecznie jednak obciążenie, obwód, decyduje o tym, ile wysysa z akumulatora i jak szybko, zakładając, że nie pobiera zbyt szybko, w którym momencie napięcie akumulatora spadnie.

Musisz pomyśleć o baterii, takiej jak zbiornik paliwa w samochodzie. To, jak szybko gaz spada, zależy od tego, jak mocno i szybko jedziesz. 600 mAh określa tylko, jak duży jest „zbiornik gazu”. Gaz musi przepływać ze zbiornika do silnika przez rurkę i wtryskiwacze. Jeśli zażądasz zbyt dużej ilości gazu, nie da to wystarczająco szybko, a silnik zacznie głodować.

Oto oparte na fizyce wprowadzenie do koncepcji EE, które próbujesz zrozumieć.

Odpowiedzi na pytania u dołu.

---

Wszystko wynika z przepływu „ładunku”

Elektronika, jak wskazuje na to słowo „ elektron” , jest w dużej mierze badaniem przepływu elektronów w danym układzie.

Elektrony są podstawowymi „nośnikami” ładunku w typowym obwodzie; tzn. w ten sposób ładunki „przemieszczają się” w większości obwodów.

Przyjmujemy konwencję podpisywania, mówiącą, że elektrony mają ładunek „ujemny”. Ponadto elektron reprezentuje najmniejszą jednostkę ładunku w skali atomowej (fizyka klasyczna). Nazywa się to ładunkiem „elementarnym” i wynosi Coulombs.$-1.602{\times}{10}^{-19}$

I odwrotnie, protony mają ładunek „dodatni” ze Kulombów.$+1.602{\times}{10}^{-19}$

Jednak protony nie mogą się tak łatwo przemieszczać, ponieważ zazwyczaj są wiązane z neutronami w jądrach atomowych za pomocą siły jądrowej. Usunięcie protonów z jąder atomowych (nawiasem mówiąc, stanowi podstawę technologii rozszczepienia jądra atomowego) wymaga znacznie więcej energii niż usunięcie elektronów.

Z drugiej strony możemy dość łatwo usunąć elektrony z ich atomów. W rzeczywistości ogniwa słoneczne oparte są całkowicie na efekcie fotoelektrycznym (jedno z przełomowych odkryć Einsteina), ponieważ „fotony” (cząstki światła) wypierają „elektrony” z atomów.

---

Pola elektryczne

Wszystkie ładunki wywierają pole elektryczne „w nieskończoność” w przestrzeń kosmiczną. To jest model teoretyczny.

Pole jest po prostu funkcją, która wytwarza wielkość wektora w każdym punkcie (wielkość zawierająca zarówno wielkość, jak i kierunek ... aby zacytować Despicable Me ).

Elektron tworzy się pole elektryczne, w którym wektor dla każdego punktu w punktach pola kierunku elektronu (kierunek) o wielkości odpowiadającej prawie Coulomb'owskiego:

$$\lvert \vec E\rvert~~=~~\underbrace{\frac{1}{4\pi\epsilon_{0}}}_{ \begin{array}{c} \text{constant} \\ \text{factor} \end{array} }~~\underbrace{\frac{\lvert q\rvert}{r^{2}}}_{ \begin{array}{c} \text{focus on} \\ \text{this part} \end{array} }$$

Kierunki mogą być wizualizowane jako:

Te kierunki i wielkości są określane na podstawie siły (kierunku i wielkości), która byłaby wywierana na dodatni ładunek testowy. Innymi słowy, linie pola reprezentują kierunek i wielkość, jakiej doświadczałby testowy ładunek dodatni .

Ładunek ujemny doświadczyłby siły tej samej wielkości w przeciwnym kierunku.

Zgodnie z tą konwencją, gdy elektron znajduje się w pobliżu elektronu lub protonu w pobliżu protonu, odpychają się.

---

Superpozycja: zbiory opłat

Jeśli zsumujesz wszystkie pola elektryczne wywierane indywidualnie przez wszystkie ładunki w regionie w danym punkcie, otrzymujesz całkowite pole elektryczne w tym punkcie wywierane przez wszystkie ładunki.

Jest to zgodne z tą samą zasadą superpozycji stosowaną do rozwiązywania problemów kinematycznych z wieloma siłami działającymi na pojedynczy obiekt.

---

Ładunkiem dodatnim jest brak elektronów; ładunek ujemny to nadwyżka elektronów

Dotyczy to w szczególności elektroniki, w której mamy do czynienia z przepływem ładunku przez materiały stałe.

Aby powtórzyć: elektronika to badanie przepływu elektronów jako nośników ładunku; protony nie są podstawowymi nośnikami ładunku.

Ponownie: w przypadku obwodów elektrony poruszają się, protony nie.

Jednak „wirtualny” ładunek dodatni może być wytworzony przez nieobecność elektronów w obszarze obwodu, ponieważ ten region ma więcej protonów netto niż elektronów .

Przypomnijmy model elektronów walencyjnych Daltona, w którym protony i neutrony zajmują małe jądro otoczone orbitującymi elektronami.

Elektrony znajdujące się najdalej od jądra w najbardziej zewnętrznej powłoce „walencyjnej” mają najsłabsze przyciąganie do jądra oparte na prawie Coulomba, co wskazuje, że siła pola elektrycznego jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości.

Gromadząc ładunek, np. Na talerzu lub innym materiale (powiedzmy, energicznie pocierając je ze sobą, jak w dawnych dobrych czasach), możemy wytworzyć pole elektryczne. Jeśli umieścimy elektrony w tym polu, elektrony poruszają się makroskopowo w kierunku przeciwnym do linii pola elektrycznego.

Uwaga: jak opisują mechanika kwantowa i ruch Browna, rzeczywista trajektoria pojedynczego elektronu jest dość losowa. Jednak wszystkie elektrony będą wykazywać makroskopowy „średni” ruch oparty na sile wskazanej przez pole elektryczne.

W ten sposób możemy dokładnie obliczyć, jak makroskopowa próbka elektronów zareaguje na pole elektryczne.

---

Potencjał elektryczny

Przypomnijmy równanie oparte na prawie Coulomba wskazujący wielkość siły wywierana na dodatnim ładunku testu:$\lvert \vec E\rvert$

$$\lvert \vec E\rvert = \frac{1}{4\pi\epsilon_{0}} \frac{\lvert q\rvert}{r^{2}}$$

Z tego równania widzimy jako , . Oznacza to, że siła wywierana na dodatni ładunek testowy staje się większa, im bardziej zbliżamy się do źródła pola elektrycznego.| → E | → $r \to 0$$\lvert \vec E\rvert \to \infty$

przeciwnie, jako , : gdy się nieskończenie daleko od źródła pola elektrycznego, siła pola dąży do zera.| → E | → $r \to \infty$$\lvert \vec E\rvert \to 0$

Rozważmy teraz analogię planety. Wraz ze wzrostem całkowitej łącznej masy planety rośnie również jej grawitacja. Nałożenie sił grawitacyjnych całej materii zawartej w masie planety powoduje przyciąganie grawitacyjne.

Poza tym: masa twojego ciała wywiera siłę na planetę, ale masa planety jak dotąd przekracza masę twojego ciała że przyciąganie grawitacyjne zostało przyćmione przez przyciąganie planety.$\left(M_{\text{planet}} \gg m_{\text{you}}\right)$

Przypomnijcie z kinematyki, że potencjał grawitacyjny to ilość potencjału, jaki obiekt ma ze względu na odległość od centrum grawitacyjnego planety . Centrum grawitacji planety można traktować jako punktowe źródło grawitacji.

Podobnie definiujemy potencjał elektryczny jako ilość energii potrzebnej do przesunięcia dodatniego ładunku testowego z nieskończenie daleko do określonego punktu.$q$

W przypadku potencjału grawitacyjnego zakładamy, że pole grawitacyjne jest zero nieskończenie daleko od planety.

Jeśli mamy masę która zaczyna się nieskończenie daleko, pole grawitacyjne planety działa, aby przyciągnąć masę bliżej. Dlatego pole grawitacyjne „traci potencjał”, gdy masa zbliża się do planety. Tymczasem masa przyspiesza i zyskuje energię kinetyczną.→ g$m$$\vec g_{\text{planet}}$

Podobnie, jeśli mamy dodatni ładunek testowy, który zaczyna się nieskończenie daleko od ładunku źródłowego który generuje pole elektryczne , potencjał elektryczny w punkcie wynosi ile energii byłoby potrzebne, aby przenieść ładunek testowy na pewną odległość od ładunku źródłowego.→ E źródło$q_{\text{source}}$$\vec E_{\text{source}}$$r$

To skutkuje:

• Ładunki ujemne zyskują potencjał elektryczny, gdy poruszają się w kierunku pola elektrycznego i oddalają się od dodatniego ładunku źródłowego.$\vec E$
• Ładunki ujemne tracą potencjał elektryczny, gdy poruszają się w kierunku przeciwnym do pola elektrycznego i w kierunku dodatniego ładunku źródłowego.$\vec E$
• Odwrotnie, ładunki dodatnie tracą potencjał elektryczny, gdy poruszają się w kierunku pola elektrycznego i oddalają się od dodatniego ładunku źródłowego.$\vec E$
• Ładunki dodatnie zyskują potencjał elektryczny, gdy poruszają się w kierunku przeciwnym do pola elektrycznego i w kierunku dodatniego ładunku źródłowego.$\vec E$

---

Potencjał elektryczny w przewodnikach

Rozważ model przewodników lub metali przejściowych, takich jak miedź lub złoto, mających „morze elektronów”. To „morze” składa się z elektronów walencyjnych, które są luźniej sprzężone i niejako „dzielone” między wieloma atomami.

Jeśli przyłożymy pole elektryczne do tych „luźnych” elektronów, będą one skłonne, na średniej makroskopowej, poruszać się w określonym kierunku w czasie.

Pamiętaj, że elektrony przemieszczają się w kierunku przeciwnym do pola elektrycznego.

Podobnie, umieszczenie długości drutu w pobliżu ładunku dodatniego spowoduje gradient ładunku na całej długości drutu.

Ładunek w dowolnym punkcie drutu można obliczyć na podstawie jego odległości od ładunku źródłowego i znanych atrybutów materiału użytego w drucie.

Ładunek dodatni z powodu braku elektronów pojawi się dalej od dodatniego ładunku źródłowego, natomiast ładunek ujemny z powodu gromadzenia i nadwyżki elektronów będzie się zbliżał do ładunku źródłowego.

Z powodu pola elektrycznego między dwoma punktami na przewodzie pojawi się „różnica potencjałów”. W ten sposób pole elektryczne wytwarza napięcie w obwodzie.

Napięcie definiuje się jako różnicę potencjału elektrycznego między dwoma punktami w polu elektrycznym.

Ostatecznie rozkład ładunku na długości drutu osiągnie „równowagę” z polem elektrycznym. Nie oznacza to, że ładunek przestaje się poruszać (pamiętaj ruch Browna); tylko to, że „ładunek” lub „przeciętny” ruch ładunku zbliża się do zera.

---

Nieidealne baterie

Stwórzmy źródło zasilania ogniwa galwanicznego lub voltaicznego .

Ogniwo to zasilane jest elektrochemiczną reakcją redoks prętów cynku i miedzi w wodnym roztworze soli azotanu amonu .$\left(\text{NH}_{4}\right)\left(\text{NO}_{3}\right)$

Azotan amonu jest związaną jonowo solą, która rozpuszcza się w wodzie w składowych jonach i . NO - $\text{NH}_{4}^{+}$$\text{NO}_{3}^{-}$

Przydatna terminologia:

• kation : jon dodatnio naładowany
• anion : jon ujemnie naładowany
• katoda : kationy gromadzą się na katodzie
• anoda : aniony gromadzą się na anodzie

Przydatne pamięciowy „ jonów” jest „ jonów” jest „ egative jonów”

Jeśli zbadamy reakcję ogniwa galwanicznego cynk-miedź powyżej:

$$\text{Zn}\left(\text{NO}_{3}\right)_{2}~~+~~\text{Cu}^{2+} \quad\longrightarrow\quad \text{Zn}^{2+}~~+~~\text{Cu}\left(\text{NO}_{3}\right)_{2}$$

Ruch kationów i to przepływ ładunku dodatniego w postaci jonów. Ten ruch idzie w kierunku katody . Cu 2 $\text{Zn}^{2+}$$\text{Cu}^{2+}$

Uwaga: wcześniej mówiliśmy, że ładunek dodatni to „nieobecność” elektronów. Kationy (jony dodatnie) są dodatnie, ponieważ odpędzanie elektronów powoduje powstanie dodatniego ładunku atomowego netto dzięki protonom w jądrze. Kationy te są ruchome w roztworze ogniwa galwanicznego, ale jak widać jony nie przemieszczają się przez mostek przewodzący łączący dwie strony ogniwa . Oznacza to, że tylko elektrony poruszają się przez przewodnik .

Opierając się na tym, że kationy dodatnie poruszają się i gromadzą w kierunku katody, oznaczamy ją jako ujemną (ładunki dodatnie przyciągane są do ujemnych).

I odwrotnie, ponieważ elektrony poruszają się w kierunku anody i gromadzą się na niej, oznaczamy ją jako dodatnią (ładunki ujemne przyciągane są do dodatnich).

Pamiętasz, jak dowiedziałeś się, że prąd płynie z do ? Wynika to z tego, że prąd konwencjonalny podąża za przepływem ładunku dodatniego i kationów, a nie ładunku ujemnego.$\textbf{+}$$\textbf{-}$

Wynika to z tego, że prąd definiuje się jako przepływ wirtualnego ładunku dodatniego przez obszar przekroju . Zgodnie z konwencją elektrony zawsze płyną przeciwnie do prądu.

To, co sprawia, że ​​to ogniwo galwaniczne nie jest idealne, to fakt, że w końcu proces chemiczny wytwarzający pole elektryczne przez przewodnik i powodujący przepływ elektronów i ładunku, osiągnie równowagę.

Wynika to z faktu, że nagromadzenie jonów na anodzie i katodzie uniemożliwi dalszy przebieg reakcji.

Z drugiej strony „idealne” źródło zasilania nigdy nie straci siły pola elektrycznego.

---

Idealne źródła napięcia są jak magiczne schody ruchome

Wróćmy do analogii potencjału grawitacyjnego.

Załóżmy, że jesteś na wzgórzu i masz dowolną ścieżkę w dół wzgórza zbudowaną z tekturowych ścian. Powiedzmy, że toczysz piłkę tenisową tą ścieżką z kartonowymi ścianami. Piłka tenisowa podąży ścieżką.

W obwodach przewodnik tworzy ścieżkę.

Powiedzmy teraz, że masz schody ruchome na dole wzgórza. Podobnie jak maszyna Rube Goldberg, schody ruchome zbierają piłki tenisowe, które toczysz ścieżką, a następnie zrzucają je na początku ścieżki na szczycie wzgórza.

Schody ruchome to idealne źródło zasilania.

Powiedzmy, że prawie całkowicie nasyciłeś całą ścieżkę (w tym schody ruchome) piłkami tenisowymi. Tylko długa linia piłek tenisowych.

Ponieważ nie do końca nasyciliśmy ścieżkę, nadal są luki i miejsca do przemieszczania się piłek tenisowych.

Piłka tenisowa przenoszona po ruchomych schodach wpada na inną piłkę, która wpada na inną piłkę, która ... trwa i trwa.

Piłki tenisowe schodzące po ścieżce na wzgórzu zyskują energię dzięki potencjalnej różnicy grawitacji. Odbijają się od siebie, aż w końcu kolejna kula zostaje załadowana na schody ruchome.

Nazwijmy piłki tenisowe naszymi elektronami. Jeśli podążamy za przepływem elektronów w dół wzgórza, przez nasz fałszywy kartonowy „obwód”, a następnie w górę magicznego schodowego „źródła zasilania”, zauważamy coś:

„Luki” między piłkami tenisowymi poruszają się dokładnie w przeciwnych kierunkach niż piłki tenisowe (z powrotem w górę i w dół po ruchomych schodach) i poruszają się znacznie szybciej. Kulki naturalnie przemieszczają się z wysokiego potencjału na niski potencjał, ale ze względnie małą prędkością. Następnie są przenoszone z powrotem do wysokiego potencjału za pomocą schodów ruchomych.

Dno schodów ruchomych jest w rzeczywistości ujemnym biegunem akumulatora lub katodą w ogniwie galwanicznym, o którym mówiliśmy wcześniej.

Wierzch schodów ruchomych stanowi w rzeczywistości dodatni zacisk akumulatora lub anody w ogniwie galwanicznym. Zacisk dodatni ma wyższy potencjał elektryczny.

---

obecny

Okej, więc kierunek, w którym ładunek dodatni płynie, to kierunek prądu elektrycznego.

Co jest aktualne

Z definicji jest to: ilość ładunku, która przechodzi przez pole przekroju na sekundę (jednostki: kulomb na sekundę). Jest to wprost proporcjonalne do pola przekroju drutu / materiału przewodzącego i gęstości prądu. Gęstość prądu to ilość ładunku przepływającego przez jednostkę powierzchni (jednostki: kulomb na metr kwadratowy).

Oto inny sposób, aby o tym pomyśleć:

Jeśli masz wyrzutnię piłek tenisowych plujących dodatnio naładowanymi piłkami przez bramę, liczba piłek, które przechodzi przez drzwi na sekundę, określa jej „prąd”.

Jak szybko poruszają się te kule (lub ile mają energii kinetycznej, gdy uderzą w ścianę), jest „napięcie”.

---

Zachowanie ładunku i napięcia

To podstawowa zasada.

Pomyśl o tym w ten sposób: istnieje stała liczba elektronów i protonów. W obwodzie elektrycznym materia nie jest ani tworzona, ani niszczona ... więc ładunek zawsze pozostaje taki sam. W przykładzie schodów ruchomych z piłką tenisową piłki po prostu krążyły w pętli. Liczba piłek pozostała stała.

Innymi słowy, ładunek nie „rozprasza”. Nigdy nie tracisz ładunku.

Co się dzieje, to ładunek traci potencjał . Idealne źródła napięcia przywracają ładunek elektryczny.

Źródła napięcia NIE wytwarzają ładunku. Generują potencjał elektryczny.

---

Prąd wpływający i wypływający z węzłów, opór

Weźmy tę zasadę zachowania ładunku. Podobną analogię można zastosować do przepływu wody.

Jeśli mamy system rzeczny w dół góry, która rozgałęzia się, każda gałąź jest analogiczna do elektrycznego „węzła”.

          / BRANCH A
         /
        /
MAIN ---
        \
         \
          \ BRANCH B

-> downhill

Ilość wody wpływającej do gałęzi musi być równa ilości wody wypływającej z gałęzi zgodnie z zasadą zachowania: woda (ładunek) nie jest ani tworzona, ani niszczona.

Jednak ilość wody spływającej z określonej gałęzi zależy od tego, ile „oporu” stawia ta gałąź.

Na przykład, jeśli gałąź A jest wyjątkowo wąska, gałąź B jest bardzo szeroka, a obie gałęzie mają tę samą głębokość, wtedy gałąź B ma naturalnie większy obszar przekroju.

Oznacza to, że gałąź B stawia mniejszy opór i może przepłynąć przez nią większa objętość wody w ciągu jednej jednostki czasu.

To opisuje aktualne prawo Kirchoffa.

---

Jeszcze tu jesteś? Niesamowite!

1. Co dzieje się z resztą prądu nieużywanego?

Z powodu zasady zachowania wszystkie ładunki do węzła muszą wypłynąć. Nie ma „nieużywanego” prądu, ponieważ prąd nie jest używany . Nie ma zmiany prądu w obwodzie pojedynczego szeregu.

Jednak różne ilości prądu mogą płynąć w różnych gałęziach w węźle elektrycznym w obwodzie równoległym , w zależności od rezystancji różnych gałęzi.

2. Czy dioda LED pobiera cały prąd?

Technicznie, diody LED i rezystor (y) nie „zużywają” prądu, ponieważ nie ma spadku prądu (ilość ładunku przechodzącego przez diodę LED lub rezystor (y) w jednostce czasu). Wynika to z zachowania ładunku zastosowanego w obwodzie szeregowym: nie ma utraty ładunku w całym obwodzie, a zatem nie ma spadku prądu.

Ilość prądu (ładowania) jest określany przez zachowanie diody i rezystora (S), jak opisane przez krzywe iv

3. Dlaczego dioda LED „spada napięcie” o określoną wartość?

Oto podstawowy obwód LED .

Dioda LED ma napięcie aktywacyjne, zwykle około ~ 1,8 do 3,3 V. Jeśli napięcie nie zostanie osiągnięte, praktycznie nie przepłynie prąd. Patrz krzywe LED iv połączone poniżej.

Jeśli spróbujesz pchnąć prąd w kierunku przeciwnym do biegunowości diod LED, będziesz pracować z diodą LED w trybie „wstecznego odchylenia”, w którym prawie nie przepływa prąd. Normalnym trybem działania diody LED jest tryb odchylania do przodu. Poza pewnym punktem w trybie odchylania wstecznego dioda „psuje się”. Sprawdź wykres iv diody.

Diody LED są w rzeczywistości złączami PN (domieszkowane krzemem domieszkowanym p i domieszkowanym domieszką n) W oparciu o poziomy Fermiego domieszkowanego krzemu (który jest uwarunkowany przerwami elektronowymi domieszkowanego materiału) elektrony wymagają bardzo określonej ilości energii aktywacji, aby przejść na inny poziom energii. Następnie promieniują swoją energią jak foton o bardzo określonej długości fali / częstotliwości, gdy zeskakują z powrotem na niższy poziom.

Stanowi to wysoką wydajność (znacznie ponad 90% energii rozpraszanej przez diody LED jest przekształcane w światło, a nie w ciepło) diod LED w porównaniu z żarówkami i żarówkami CFL.

Dlatego też oświetlenie LED wydaje się tak „sztuczne”: światło naturalne zawiera stosunkowo jednorodną mieszankę szerokiego spektrum częstotliwości; Diody LED emitują kombinacje bardzo określonych częstotliwości światła.

Poziomy energii wyjaśniają również, dlaczego spadek napięcia na diodzie LED (lub innych diodach) jest skutecznie „ustalony”, nawet gdy przepływa przez nią więcej prądu. Zbadaj krzywą iv dla diody LED lub innej diody: poza napięciem aktywacyjnym prąd zwiększa LOT o niewielki wzrost napięcia. Zasadniczo dioda LED będzie próbowała przepuścić przez nią jak najwięcej prądu, dopóki nie ulegnie ona fizycznemu pogorszeniu.

Z tego powodu używasz wbudowanego rezystora ograniczającego prąd, aby ograniczyć przepływ prądu przez diodę / diodę LED do określonego znamionowego miliampera na podstawie specyfikacji diody LED.

3 (b). A co dzieje się z resztą elementów w szeregu, czy spada napięcie dla każdego elementu, dopóki nie zostanie nic?

Tak, prawo napięcia Kirchoffa mówi, że suma wszystkich spadków napięcia w pętli wokół obwodu wynosi zero . W prostym obwodzie szeregowym jest tylko jedna pętla.

4. Czy wybrałeś rezystor w stopniu „zużywającym cały prąd / napięcie”, zanim dotrze on do końca obwodu?

Nie. Wyboru rezystora dokonuje się na podstawie prądu znamionowego LED (powiedzmy 30 mA = 0,03 A) i prawa Ohma, jak opisano w artykule o obwodzie LED .

Twoje napięcie się zużyje. Twój prąd pozostaje taki sam w całym obwodzie pojedynczej serii.

5. Dlaczego bateria ulega wyczerpaniu, jeśli podłączasz bezpośrednio zaciski, a jeśli dodasz żarówkę (rezystor), tak nie jest?

Nie jestem pewien, co masz na myśli przez „martwy krótki”.

Połączenie zacisków akumulatora razem powoduje duży prąd rozładowany przy napięciu akumulatora. Napięcie to jest rozpraszane przez wewnętrzny opór akumulatora i drut przewodnika w postaci ciepła - ponieważ nawet przewodniki mają pewien opór.

Dlatego zwarte akumulatory są bardzo gorące. To ciepło może niekorzystnie wpływać na skład komórki chemicznej, dopóki nie wybuchnie.

6. Dlaczego potrzebne są rezystory?

Oto retoryka: wyobraź sobie, że jest niesamowity koncert. Będą tam wszystkie twoje ulubione zespoły. To będzie naprawdę dobry czas.

Powiedzmy, że organizatorzy wydarzenia nie mają pojęcia o rzeczywistości. Dzięki temu opłata za wstęp na ten niesamowity koncert jest prawie całkowicie darmowa. Umieszczają go w niezwykle dostępnym miejscu. W rzeczywistości są tak zdezorganizowani, że nawet nie dbają o to, czy będą sprzedawać zbyt dużo i nie ma wystarczającej liczby miejsc dla wszystkich, którzy kupią bilety.

Aha, a to jest w Nowym Jorku.

Dość szybko ten niesamowity koncert zamienia się w totalną katastrofę. Ludzie siedzą na sobie, rozlewając piwo wszędzie; wybuchają walki, toalety są zatłoczone, fani szaleją wszystkich i ledwo słychać muzykę ponad zamieszaniem.

Pomyśl o swojej diodzie LED jako o niesamowitym koncercie. I pomyśl o tym, jak źle będzie wyglądać Twoja dioda LED, jeśli nie będziesz miał większego oporu, aby uniemożliwić KAŻDEMU i ich mamom pojawienie się na koncercie.

W tym głupim przykładzie „opór” przekłada się na „koszt wejścia”. Dzięki prostym zasadom ekonomicznym podniesienie kosztów koncertu zmniejsza liczbę osób, które będą uczestniczyć.

Podobnie zwiększenie rezystancji w obwodzie zapobiega przepływowi ładunku (a następnie prądu). Oznacza to, że Twoja dioda LED (koncert) nie zostaje całkowicie zniszczona przez wszystkich ludzi (ładunek).

Tak, elektrotechnika to prawdziwa impreza.

Jaki jest najszybszy sposób na zrozumienie podstawowej energii elektrycznej? Skoncentruj się na takich kwestiach jak „gorący przycisk”. Napraw swoje mentalne koncepcje, a wszystko zatrzaśnie się na swoim miejscu i będzie miało sens.

Przewodniki to materiały składające się z „ruchomej energii elektrycznej”. Nie przewodzą prądu, zamiast tego zawierają prąd, a ich prąd może się przemieszczać. Uwaga na szeroko rozpowszechnioną nieprawidłową definicję przewodów:

ŹLE: przewodniki są przezroczyste dla prądu, jak puste rury wodociągowe? Nie.

PRAWIDŁOWO: wszystkie przewodniki zawierają ruchomy ładunek, podobnie jak rury wypełnione wodą.

Druty są jak wstępnie wypełnione węże, w których elektrony metalu są jak woda już wewnątrz węża. W metalach własne elektrony atomów nieustannie skaczą wokół i „krążą” po całej masie metalu. Wszystkie metale zawierają „morze” ruchomej płynnej elektryczności. Jeśli więc zaczepimy kilka metalowych drutów w kółko, stworzyliśmy rodzaj ukrytego paska napędowego lub koła zamachowego. Po utworzeniu pętli okrągły „pasek energii elektrycznej” może się swobodnie poruszać wewnątrz metalu. (Jeśli złapiemy i poruszymy naszym drutowym kołem, faktycznie wytworzymy mały prąd elektryczny przez bezwładność, tak jakby drut był wężem pełnym wody. Szukaj: efekt Tolmana.)

Ścieżka prądu jest kompletnym kołem, w tym zasilaczem. Zasilacze nie dostarczają żadnych elektronów. (Innymi słowy, koło nie ma początku. To pętla, jak ruchome koło zamachowe.) Na ruchome elektrony wpływają same druty. Zasilacze są tylko pompami elektrycznymi. Ścieżka prądu prowadzi przez zasilacz i wycofuje się. Zasilacz jest tylko kolejną częścią zamkniętej pętli.

Prądy elektryczne są dość powolnymi przepływami. Ale, podobnie jak koła i pasy napędowe, kiedy naciskamy na jedną część koła, całe koło porusza się jako jednostka. Możemy użyć gumowego paska napędowego, aby natychmiast przenieść energię mechaniczną. Możemy użyć zamkniętej pętli prądu, aby natychmiast przenieść energię elektryczną do dowolnej części pętli. Jednak sama pętla nie porusza się z prędkością światła! Pętla porusza się powoli. W przypadku systemów prądu przemiennego pętla porusza się do przodu i do tyłu, podczas gdy energia porusza się ciągle do przodu. Wielka wskazówka: im szybciej elektrony, tym wyższe wzmacniacze. Zero amperów? Wtedy elektrony drutów zatrzymują się. Kolejna wskazówka: energia elektryczna to fale, a elektrony są „medium”, wzdłuż którego przemieszczają się fale. Medium porusza się do przodu i do tyłu, podczas gdy fala rozprzestrzenia się szybko do przodu. Lub średni szarpnie do tyłu, poruszając się powoli, podczas gdy fala porusza się niezwykle szybko. (Innymi słowy, nie istnieje pojedyncza „elektryczność”, ponieważ wewnątrz obwodów zawsze poruszały się dwie oddzielne rzeczy: powolne prądy kołowe elektronów i szybka jednokierunkowa propagacja energii elektromagnetycznej. Poruszają się one z dwiema całkowicie różnymi prędkościami w obwodach , a podczas gdy prądy przepływają w pętlach, energia przepływa w jedną stronę ze źródła do odbiorcy.)

Baterie nie przechowują energii elektrycznej. Nie przechowują ładunku elektrycznego. Nie magazynują nawet energii elektrycznej . Zamiast tego akumulatory przechowują wyłącznie chemiczne „paliwo” w postaci nieskorodowanych metali, takich jak lit, cynk, ołów itp. Ale w jaki sposób działają baterie? Łatwo: bateria jest zasilaną chemicznie pompą ładującą. Gdy ich metalowe płyty korodują, energia chemiczna jest uwalniana i pompują elektryczność przez siebie. Ścieżka prądu dobiega końcaakumulator i wycofaj się ponownie. (Pompy nie są używane do przechowywania pompowanych rzeczy!) A „pojemność” akumulatora to tylko ilość chemicznego paliwa w środku. Pewna ilość paliwa jest w stanie pompować pewną całkowitą ilość elektronów przed zużyciem paliwa. (To trochę tak, jakby oceniać swój zbiornik gazu w milach podróży, a nie w galonach. Zbiorniki gazu nie przechowują mil, a akumulatory nie przechowują energii elektrycznej!) Akumulatory? Wtedy siłą je popychamy do tyłu, więc ich wewnętrzne „produkty wydechowe” przekształcają się z powrotem w paliwo: związki korozyjne ponownie zamieniają się w metal.

Rezystory nie zużywają prądu. Gdy żarówka jest włączona, jej własne elektrony zaczynają się poruszać, gdy nowe elektrony wchodzą do jednego końca żarnika, a jednocześnie inne elektrony opuszczają drugi koniec. Żarnik jest częścią kompletnego pierścienia elektronów, które poruszają się jak pasek napędowy. Efekt nagrzewania jest rodzajem tarcia, na przykład gdy kciuk dociska się do obręczy obracającej się opony. (Twój kciuk nie zużywa gumy, zamiast tego jest po prostu podgrzewany ciernie, a żarówki nie zużywają elektronów, po prostu „ocierają się” o poruszające się elektrony i nagrzewają się ciernie.) Tak więc rezystory to tylko urządzenia cierne. Ścieżka dla elektronów jest długa i żadne elektrony nie są konsumowane ani tracone. Zauważ, że im szybciej elektrony, tym wyższe ampery i większe ogrzewanie. „Niski” prąd to po prostu wolna energia elektryczna.

Jestem również początkującym, ale spróbuj odpowiedzieć na twoje pytania:

1. Nie ma „reszty” prądu. Prąd jest zużywany tyle, ile potrzeba. Jeśli podłączysz przewód z + (VCC) do - (GND), otrzymasz zwarcie. Zobacz to, ponieważ nie ma hamowania, jak szybko elektrony mogą biegać.

2. Jeśli nie ma rezystora, dioda LED wykorzysta elektrony w najszybszej możliwej „prędkości”. Ponieważ jest to zbyt wiele, dioda LED pali się (wcześniej czy później).

3. Nie znam powodu, dla którego spada, prawdopodobnie wewnętrzny mechanizm LED powoduje użycie pewnego napięcia. Oznacza to, że w pozostałej części pozostało mniej napięcia. I tak, będzie trwać, dopóki nic nie zostanie. Może to spowodować, że kolejne diody LED albo wcale się nie zapalą, albo będą migać / zachowywać się nieregularnie lub przygasać.

4. Właściwie powinieneś to obliczyć ze względu na to, jak jasny ma być twój led. Zatem wyższy rezystor sprawia, że ​​dioda LED jest mniej jasna.

5. Żarówka ma wewnętrzny opór, więc rezystor nie jest potrzebny.

6. Nie zjada baterii, tylko spowalnia przepływ elektronów (przynajmniej taka jest łatwa analogia).

7. Każda żarówka ma wewnętrzny opór, więc nie powoduje zwarcia. Jeśli użyjesz zbyt dużego napięcia, pęknie.

Przeczytaj o modelu elektrycznym wody. Porównuje prąd z przepływającą wokół wodą i może pomóc zrozumieć, co oznaczają pojęcia takie jak prąd i napięcie oraz jak działają razem.

Edytuj
Wspomniałem o tym modelu, ponieważ bardzo pomógł mi zrozumieć kilka rzeczy.
laptop2d ma rację, wyjaśnienie jest lepsze niż „szukaj tego”. Ale wyjaśnienie tego tutaj jest dość długie, gdy inne strony już to zrobiły poprawnie. Nie jestem ekspertem i opisywanie rzeczy po angielsku może nie być najlepszym pomysłem ... ale spróbujmy.

Popraw mnie, jeśli się mylę!

Porównaj prąd ze zbiornikiem wody powyżej - źródłem - i zbiornikiem wody poniżej - zlewu. W górnym zbiorniku jest woda, która chce przepłynąć rurą do dolnego zbiornika. To jest twoja bateria. Ładowanie akumulatora oznacza napełnienie wodą zbiornika dolnego do zbiornika górnego. Opróżnienie górnego zbiornika jest pustą baterią.
Wyobraź sobie, że od góry do dołu jest rura - drut.
Woda chce spływać rurą - bateria chce wytwarzać prąd elektryczny w przewodzie.
Zawór w rurze jest porównywany do przełącznika.
Otwieranie zaworu tylko do połowy może być rozumiane jako rezystor. Ogranicza przepływ wody.
Koło wodne jest również konsumentem i rezystorem. Ogranicza również przepływ wody. Jeśli zawór zostanie dodatkowo wykorzystany do wytworzenia oporu, można kontrolować prędkość obrotową koła.
Ciśnienie wody między dwoma zbiornikami jest napięciem. Wyżej umieszczony zbiornik ma wyższe ciśnienie w stosunku do dolnego zbiornika.
Ilość wody przepływającej w ciągu 1 sekundy przez rury to prąd. Uważaj na czas tutaj!
Ciśnienie wody, rezystor i ilość przepływającej wody zależą od siebie. To jest prawo Ohma. Szeroka rura z niczym innym nie pozwala na niekontrolowany przepływ wody - zwarcie. Zbiorniki i rura mogą zostać uszkodzone.

Z tym modelem możesz być może lepiej zrozumieć. Na przykład woda nie przepływająca przez koło nie płynie nigdzie indziej. Czeka w zbiorniku do użycia później.

Dotychczasowe odpowiedzi koncentrują się na konkretnych przykładach w pytaniu, które mają dość ograniczony zakres. Uważam, że prawdziwe nieporozumienie wynika z większej znajomości logiki cyfrowej niż tradycyjnych obwodów analogowych (co prowadzi do tych ograniczonych przykładów).

Upraszczając, obwód cyfrowy (taki jak MPU) można zbudować z „twardych” elementów włączania / wyłączania. Układy scalone są zbudowane w ten sposób, aby poprawić zużycie energii.

Rezystory są ważne, gdy obwód staje się analogowy (lub rzeczywisty, jak niektórzy mogą to wyrazić). Jeśli wielkość twojego sygnału jest ważna, najprawdopodobniej są to rezystory.

• Klasyczny obwód wzmacniacza operacyjnego (chyba że wzmocnienie wynosi -1) opiera się na stosunku rezystorów.
• Przetworniki A / D i D / A prawdopodobnie używają rezystorów.
• Domyślna kontrola stanu (pull-up / pull-down) używa rezystorów.
• Proste obwody czasowe wykorzystują sieć RC. Możesz to zobaczyć w obwodzie opóźnienia resetowania.
• Ładowanie baterii, regulacja napięcia i prądu wykorzystują rezystory, jak wskazano w pytaniu - w różnych typach funkcji sprzężenia zwrotnego i funkcji stabilizacji.

Analogiczne aspekty wielu nowoczesnych obwodów są ukryte lub zawarte we wstępnie zapakowanych modułach. Pojawienie się projektowania cyfrowego zmniejszyło możliwości zrozumienia prostych koncepcji analogowych.

TL; DR dla konkretnego przypadku diody LED (zgodnie z pytaniem):

Każde obciążenie podłączone do stałego napięcia stałego (np. Akumulatora), które nie jest faktycznie rezystorem określonego opisu - albo nie jest w stanie pobierać energii z akumulatora, ani zwarcie.

Niektóre obciążenia elektryczne z natury zachowują się jak rezystory (i są one rezystorami, po prostu nie wyglądającymi jak komponenty elektroniczne), np. Żarówki, grzejniki, piekarniki. Będą one, jeśli prawidłowo zaprojektowane, samoregulują zużycie energii, jeśli będą zasilane ze stałego źródła napięcia (akumulator, sieć, większość zasilaczy).

Niektóre (jak silniki, transformatory), chociaż nie są rezystorami, zachowują się jak jeden, gdy są podłączone do źródła prądu stałego o stałym napięciu .

Inne obciążenia (takie jak diody LED, nieosłonięte lampy fluorescencyjne) same w sobie nie działają jak rezystory i nie są w stanie regulować własnego zużycia energii, gdy są zasilane ze źródeł o stałym napięciu . Idealnym źródłem zasilania dla tych obciążeń jest źródło prądu stałego , a dodatkowe komponenty potrzebne wokół nich są tak, aby twój stały zasilacz zachowywał się wystarczająco jak stały prąd.

Mam nadzieję, że już opublikowane odpowiedzi zawierają pewne wyjaśnienia, ale chyba, że ​​przeoczyłem, było jedno pytanie, które nie do końca zostało wyjaśnione: „Dlaczego bateria wyczerpuje się, jeśli podłączasz bezpośrednio zaciski, ale dodajesz żarówkę ( opornik), prawda? ”

Faktycznie, gdy jest zimno (czyli nie świeci), żarówka bardzo mocno i jest martwy krótki; jego opór jest bardzo niski - ale ogólnie będzie miał znacznie więcej niż podłączone do niego przewody. Możemy więc przybliżyć sytuację jako rezystor o bardzo niskiej wartości w obwodzie bez rezystancji. Z tego powodu po pierwszym podłączeniu akumulatora cała jego różnica potencjałów (napięcie) spada na niewielkim oporze lampy, co powoduje powstanie wysokiego prądu (prawo Ohma w pracy). Kiedy mamy zazwyczaj stabilne napięcie przy wysokim prądzie na elemencie, zużywa on dużo energii(P = IV), więc się nagrzeje (na bok akumulator doświadcza tej samej różnicy potencjałów i dokładnie takiego samego prądu, więc się nagrzewa - ale jest to duży ciężki przedmiot, podczas gdy lampa jest małym zwiniętym kawałkiem taśmy z drutu wolframowego, więc ten ostatni nagrzewa się znacznie, dużo więcej).

W lampie chodzi jednak o to, że jej opór zależy od temperatury. Zwykle nie jest to zjawisko, które pokazuje się wiele, ponieważ zakresy temperatur, z którymi zwykle mamy do czynienia, są małe, ale żarnik lampy wzrośnie powyżej 3000 K, aw przypadku wolframu oporność wzrasta wraz z temperaturą. Kiedy więc temperatura żarnika ustabilizuje się po podłączeniu akumulatora - podobnie jak jego świecenie i jego odporność - działa on jak dość silny rezystor. W rzeczywistości możesz to zmierzyć sam: używając ustawienia rezystancji DMM, zmierz rezystancję na zaciskach lampy (DMM używa do tego bardzo niskiego napięcia i nawet nie zbliży się do zapalenia lampy), a następnie użyj DMM, aby zmierzyć zarówno napięcie w poprzek, a następnie prąd w lampie, gdy jest ona podłączona do akumulatora. Następnie użyj prawa Ohma z tymi dwiema liczbami (V / I = R), a otrzymasz znacznie wyższy numer oporu niż wtedy, gdy lampa nie była zapalona. W rzeczywistości rezystancja nieoświetlonej lampy jest tak niska, że ​​jakość kontaktu między sondami DMM a zaciskami lampy będzie miała znaczenie i możesz mieć trudności z uzyskaniem stabilnego odczytu.

Jak ktoś inny powiedział, zwarcie małej baterii nie powoduje natychmiastowego stopienia drutu, którego używasz do tego, ponieważ bateria ma dość mały wewnętrzny opór skuteczny. Możesz zmierzyć, co to jest, biorąc odczyty V i I najpierw małym rezystorem (powiedzmy 25 omów dla baterii 9 V), a następnie odczyt V bez obciążenia baterii. Zauważysz, że napięcie mierzone przy obecnym rezystorze jest nieco niższe niż napięcie w pobliżu obwodu otwartego, które DMM odczytuje sam; ta różnica napięcia podzielona przez prąd, który odczytujesz przy podłączonym rezystorze, to efektywna wewnętrzna rezystancja akumulatora.

Po pierwsze, czasami trzeba chronić elementy przed wysokimi prądami. Na przykład, jeśli podłączysz diodę do 9-woltowej baterii, prąd ją zniszczy, jeśli zostanie prawidłowo podłączony (A na +, C na -). Aby tego uniknąć, podłączamy rezystor 600 omów, aby pobierać część napięcia na jego końcach, aby na końcach LED pojawiło się mniejsze napięcie (+ - 3,3 V dla diody LED).

Po drugie, nie zawsze możemy wybrać zasilacz. Można powiedzieć „dobrze, że są konwertery i transformatory IC” Tak, ale to po prostu nie jest praktyczne, ponieważ kosztują więcej i są trudniejsze w obsłudze (nie wspominając o różnicy między idealnymi i rzeczywistymi transformatorami i ich wagą). Mamy też rezystory dynamiczne (rezystory, które zmieniają ich rezystancję - przepraszam, jeśli nie jest to termin, jestem Rosjaninem i tylko 1 rok liceum w elektronice), które są znacznie bardziej praktyczne, ponieważ nie można zmienić liczby rolek drutu na transformatorze.

Sądząc po naturze tego pytania, domyślam się, że dopiero wchodzisz w elektronikę, więc nie musisz się martwić o to, co robi. Po prostu naucz się ścian - najważniejsze jest Kirchoff, a zrozumiesz, jak działa prąd i jak działa napięcie. Reszta nastąpi. Inną rzeczą, na którą powinieneś się skupić, jest zrozumienie elementów. Ściany są najważniejsze, elementy drugie ... Kiedy nauczysz się swojej teorii, będziesz w stanie pracować z LSIC i brudzić sobie ręce. Możesz też rozpocząć pracę z Arduino lub czymś takim. Mam OSOYO i jest niesamowity. (ten post nie jest oznaczony marką arduino)

PAMIĘTAJ TAKŻE:

Prąd jest równy napięciu nad rezystancją.

Pomocne może być uzyskanie informacji na temat jednostek i ocen:

• mAh - miliamperogodzina. Miara ładunku elektrycznego. Samo w sobie niewiele mówi. Wartość znamionowa akumulatora staje się znacząca w połączeniu z napięciem nominalnym akumulatora jako miarą energii, jaką akumulator może przechowywać. Miliamperogodzina to ilość ładunku reprezentowana przez prąd o natężeniu jednego miliampera płynący przez godzinę.
• A - Amp (lub Ampere). Miara prądu elektrycznego - szybkość przepływu ładunku.
• V - napięcie. To miara potencjału. Ponownie, samo w sobie, nie jest to kompletna specyfikacja baterii, ale jest ważna. Idealna bateria utrzyma określone napięcie i dostarczy tyle obwodu lub tyle prądu do obwodu, ile będzie potrzebne do utrzymania tego napięcia na jego zaciskach. Prawdziwa bateria będzie miała rezystancję wewnętrzną, więc będzie miała napięcie „obwodu otwartego” (bez obciążenia); napięcie spadnie wraz ze wzrostem obciążenia (musi dostarczyć więcej prądu do obwodu). W miarę wyczerpywania się większości prawdziwych baterii napięcie również maleje; związek między stanem ładowania a napięciem w obwodzie otwartym zależy od konstrukcji i składu chemicznego akumulatora. Prąd „zwarciowy” to ilość prądu, którą akumulator dostarczy, gdy jest ograniczony jedynie wewnętrzną rezystancją.
• W - Watt. Jest to miara mocy (szybkość energii dostarczanej przez pewien okres czasu). Waty mogą mierzyć moc mechaniczną lub elektryczną; tak czy inaczej, jest to tempo, w jakim praca jest wykonywana. Pod względem elektrycznym moc jest iloczynem napięcia i prądu (wolty x amper).
• kWh - kilowatogodzina. To miara energii. Kilowatogodzina reprezentuje tysiąc watów mocy dostarczanej przez godzinę lub 1 wat mocy dostarczanej przez tysiąc godzin, 10 watów przez 100 godzin itp. (Watów x godzin).
• Om- opór. Idealny rezystor będzie wykazywał proporcjonalną zależność między przepływającym przez niego prądem a napięciem przyłożonym do jego zacisków; podwojenie napięcia i podwojenie prądu (lub odwrotnie). Zależność tę można postrzegać jako działającą na jeden z dwóch sposobów: jeśli przyłożysz określone napięcie do rezystora, przejdzie on określoną ilość prądu; jeśli przepchniesz określoną ilość prądu przez rezystor, spowoduje to zdefiniowany spadek napięcia. Tak czy inaczej wartość rezystancji ustanawia stałą zależność między napięciem na jego zaciskach a przepływającym przez nie prądem. Analizując obwód, możesz użyć tego do rozwiązania jednej z trzech wartości (prądu, napięcia, rezystancji), jeśli znasz pozostałe dwie. Omów = woltów / amperów lub Amperów = woltów / omów lub Voltów = amperów x Ohm. Prawdziwe rezystory mają dodatkową ocenę: moc - jest to ilość mocy, którą rezystor może rozproszyć bez samozniszczenia. Jeśli przyłożysz jeden wolt do opornika 1 Ohm, przepłynie przez niego 1 Amp prądu i rozproszy 1 Watt mocy w postaci ciepła; jeśli podwoisz napięcie, podwoisz prąd, ale teraz ten rezystor 1 Ohm rozproszy 2 V x 2 A = 4 W mocy jako ciepło. Jeśli nie jest to ocenione, lub fizyczna konstrukcja nie pozwala na usunięcie tego ciepła, przegrzeje się, wypali i potencjalnie rozpocznie pożar. ale teraz ten rezystor 1 Ohm rozproszy 2 V x 2 A = 4 W mocy w postaci ciepła. Jeśli nie jest to ocenione, lub fizyczna konstrukcja nie pozwala na usunięcie tego ciepła, przegrzeje się, wypali i potencjalnie rozpocznie pożar. ale teraz ten rezystor 1 Ohm rozproszy 2 V x 2 A = 4 W mocy w postaci ciepła. Jeśli nie jest to ocenione, lub fizyczna konstrukcja nie pozwala na usunięcie tego ciepła, przegrzeje się, wypali i potencjalnie rozpocznie pożar.

Kiedy analizujesz obwody, będziesz mieć „znane” i „nieznane”. Na przykład możesz znać napięcie akumulatora i rezystancję obciążenia, które on dostarcza. Biorąc to pod uwagę, możesz obliczyć prąd, który będzie pobierał obwód. W złożonym obwodzie możesz mieć wiele wartości rezystancji i urządzeń, takich jak diody LED lub tranzystory, które będą miały określone właściwości:

• diody mają charakterystyczne napięcia przewodzące - utrzymają w przybliżeniu to samo napięcie w szerokim zakresie prądu. Prawdziwa dioda będzie miała charakterystyczną nieliniową krzywą odnoszącą prąd przewodzenia do napięcia przewodzenia; powyżej normalnego zakresu działania krzywa ma tak płytkie nachylenie, że w większości przypadków jest uważana za płaską (stałe napięcie). Aby zrozumieć, dlaczego tak się dzieje, musisz przeczytać diody półprzewodnikowe
• tranzystory przyłączeniowe mają charakterystyczne napięcie baza-emiter - podobnie jak napięcie przewodzące diody, napięcie baza-emiter jest również prawie stałe w szerokim zakresie prądowym; również ma nieliniową krzywą związaną z napięciem i prądem i wygląda bardzo podobnie do diody. Ponownie, aby zrozumieć te właściwości, musisz przeczytać o tranzystorach .

Możesz użyć tych właściwości do pracy w obwodzie, aby obliczyć prądy na ścieżkach, w których znasz napięcia, napięcia w węzłach, w których znasz prądy przez określone ścieżki, i równoważne rezystancje, w których rezystory są ze sobą połączone. Jest to ważne, ponieważ prądy i napięcia determinują zużycie energii (lub rozpraszanie), które mówi, czy obwód w ogóle będzie działał, jakie parametry komponentów należy wybrać i ile mocy będzie musiało zostać dostarczone.

Teraz ... dlaczego potrzebujemy opornika połączonego szeregowo z naszą diodą LED?

Załóżmy, że mamy zasilacz 5 V i diodę LED, dla których specyfikacje wynoszą 3,2 V i 20 mA, co oznacza, że ​​dioda LED będzie działać przy napięciu wyjściowym 3,2 V i powinna być zasilana prądem o wartości około 20 mA; mniej i nie będzie emitować tak dużo światła, jak podano, więcej i będzie jaśniej, będzie cieplej i może mieć krótsze życie.

Jeśli podłączymy diodę LED bez rezystora, zasilacz spróbuje zasilić jak najwięcej prądu, aby utrzymać napięcie 5 V. Dioda LED przejdzie ogromną ilość prądu, zanim napięcie na jej zaciskach wzrośnie do 5 V. Najprawdopodobniej zasilacz osiągnie limit prądu i pozwoli na spadek napięcia, ale w tym momencie zbyt dużo prądu przepłynie przez diodę LED i wyemituje jasny błysk i wzbije się w kłęby dymu.

Więc ... chcemy ograniczyć prąd diody LED do około 20 mA, podczas gdy napięcie w zasilaczu wynosi 5 V, a napięcie na diodzie LED wynosi 3,2 V. Potrzebujemy szeregowego rezystora, który przejdzie około 20 mA (0,02 A) prądu przy 1,8 V (1,8 + 3,2 = 5). Obliczamy więc 1,8 V / 0,02 A = 90 omów. Możemy do tego wybrać standardowy rezystor 82 Ohm. 1,8 V / 82 Ohm = 21,9 mA. Trochę powyżej specyfikacji, ale margines 10% nie powinien stanowić problemu. Należy pamiętać, że nie można zakładać, że prawdziwe urządzenia mają dokładnie określone właściwości; rezystor może być nieco większy lub nieco mniejszy niż określony, a dioda LED może działać przy napięciu nieco wyższym lub nieco niższym niż określone. Projektujemy dla nominalnego przypadku, wiedząc, że rzeczywista wydajność naszego obwodu może być nieco inna.

Więc ... co tutaj zrobiliśmy? Użyliśmy rezystora, aby dostosować to, co dzieje się w naszym obwodzie, abyśmy mogli użyć dostępnego zasilacza i obsługiwać diodę LED zgodnie ze specyfikacją.

Co jeszcze możemy zrobić z rezystorem?

Typowe zastosowania rezystorów to regulacja napięć lub ograniczenie przepływów prądu. Na przykład: masz zasilacz 5 V i potrzebujesz napięcia odniesienia 3 V. Wybierz dwa rezystory z naszego pojemnika na części: 330 Ohm i 220 Ohm i połącz je szeregowo: 220 między przewodem 5 V a naszym wyjściem odniesienia oraz 330 między wyjściem odniesienia a 0 V. Przez rezystory będzie istniał stały prąd 5 V / 550 Ohm = ~ 10mA, ale na naszym zacisku odniesienia zobaczymy napięcie 3V. Tego rodzaju rzeczy są często używane do projektowania obwodów takich jak wzmacniacze, w których musimy ustalić określone napięcie, ułamek jakiegoś innego napięcia i tak dalej.

Możemy użyć rezystorów do zdefiniowania stałych czasowych. Jeśli podłączysz szeregowo rezystor i kondensator, prąd początkowo wpłynie do kondensatora; ten prąd początkowy będzie określony przez napięcie obwodu i wartość rezystancji. Ale kondensator naładuje się; podczas ładowania wytworzy napięcie na swoich zaciskach; zmniejszy to napięcie na zaciskach rezystora, zmniejszając przepływający przez niego prąd. Zmniejszy to szybkość, z jaką kondensator ładuje się, zmniejszając szybkość wzrostu jego napięcia, i tak dalej. W końcu kondensator osiągnie napięcie obwodu, napięcie w poprzek, a prąd przez rezystor wyniesie zero. Wartości rezystancji i pojemności określą czas potrzebny do naładowania kondensatora do pewnej części napięcia w obwodzie; ilość znana jakostała czasowa to czas potrzebny do naładowania napięcia kondensatora do około 63% napięcia w obwodzie. Służy to do projektowania obwodów takich jak oscylatory i filtry.

Rezystory istnieją i służą do ograniczania wirtualnych „nieskończoności”. W tym sensie, że bez rezystora element spłonąłby lub przepaliłby się bezpiecznik lub obwód po prostu nie działałby zgodnie z oczekiwaniami.

Mniej ekstremalnymi przykładami byłoby „odchylenie” obwodu do określonego napięcia w połączeniu z innymi rezystorami lub diodami Zenera. Ograniczają również prąd „rozruchowy” do zasilaczy, przedłużając w ten sposób żywotność przełącznika zasilania.

Ze względu na spadek napięcia na opornikach z przepływającym przez nie prądem, tworzą doskonałe i dokładne czujniki prądu.

Jeszcze bardziej egzotycznymi przyczynami byłoby zatrzymanie pasożytniczych oscylacji lub fal odbitych w liniach transmisyjnych RF. Tranzystory MOSFET mają zwykle przy bramie opornik, który zapobiega dzwonieniu i przeregulowaniu odpływu z powodu ostrych wznoszących / opadających krawędzi.

W połączeniu z kondensatorami tworzą „stałą czasową” do zastosowania jako filtr lub opóźnienie. Może to być dostrajanie częstotliwości lub, jeśli bardziej solidny działa jak filtr tętnienia w zasilaczach.

Mówienie, że ograniczają „nieskończoności”, brzmi trochę banalnie, ale bez nich nie mielibyśmy technologii. Nawet model „T” Ford miał duże zespoły rezystorów, aby wybrać odpowiedni prąd ładowania akumulatora. Nie było to precyzyjne ładowanie, jakie mamy dzisiaj, ale wtedy rozwiązanie „po prostu załatw” było wystarczająco dobre.

Wygląda na to, że nie rozumiesz w pełni przepływu prądu i jego związku z napięciem. Jeśli rozumiesz ten związek, możesz łatwo odpowiedzieć na wszystkie pytania.

Elektrony chcą jak najszybciej przenieść się z miejsca wysokiego napięcia do miejsca niskiego napięcia, na przykład z jednego końca akumulatora na drugi. Jeśli dwa końce akumulatora są połączone bezpośrednio drutem, wszystkie elektrony skaczą niesamowicie szybko do końca niskiego napięcia, ponieważ nic ich nie spowalnia.

Rezystor spowalnia szybkość, z jaką elektrony mogą poruszać się w obwodzie. Bez rezystora bateria natychmiast się wypali.