Что будет, если две лампы включить друг за другом, а амперметр поставить не туда? Бери детали из ящика, соединяй проводами и смотри, как бежит ток, как светят лампы и когда сгорает предохранитель.
Стол расчерчен сеткой, как макетная плата. В ящике лежат аккумуляторы 12 и 24 В, лампа, фара, резистор, выключатель, предохранитель, амперметр, вольтметр и мотор. Ставь детали в клетки и соединяй их клеммы проводами. Стол сразу считает токи и напряжения во всей цепи: лампы светятся, мотор крутится, а точки бегут по проводам тем быстрее, чем больше ток.
Ошибаться здесь можно и даже полезно. Замкни аккумулятор накоротко, подай на лампу 12 В все 24 В, включи амперметр не так, как надо. Под столом появится объяснение, что произошло и почему, с формулой и ссылкой на тему, где это разобрано подробно.
Стол нужен, чтобы понять законы на простых цепях. Схемы посложнее, с реле, диодами, конденсаторами и осциллографом, собираются в конструкторе электрических схем в направлении «Инженерия». Там же тренировка «найди обрыв».
ⓘ Нажми деталь в ящике, потом клетку на столе. На компьютере деталь можно перетащить. Провод: нажми на клемму, потом на вторую, или протяни мышью. Нажатие на деталь выделяет ее, на выключатель еще и щелкает им. Журнал и выполненные задания сохраняются в этом браузере.
Все, что происходит на столе, от тусклых ламп до сгоревшего предохранителя, следует из трех простых правил. Стол считает по ним каждое мгновение.
Какой ток даст аккумулятор?
Закон Ома для полной цепи. ЭДС аккумулятора делится на сопротивление нагрузки и его собственное, внутреннее. Пока нагрузка большая, r почти не заметно. При коротком замыкании R почти ноль, и ток ограничивает только r.
Последовательно или параллельно?
При последовательном соединении ток один на всех, а напряжение делится: две лампы 12 В на одном аккумуляторе получают по 6 В и по четверти мощности. При параллельном у каждой полное напряжение, а токи складываются.
Почему греется провод и сгорает предохранитель?
Закон Джоуля-Ленца: тепло растет как квадрат тока. Тонкий провод имеет большее сопротивление и при большом токе краснеет. Вставка предохранителя еще тоньше и сгорает первой, пока провода целы.
Бортовая сеть карьерной техники собрана из двух аккумуляторов по 12 В, соединенных последовательно: их ЭДС складываются, получается 24 В. Зачем это нужно, видно из формулы P = U · I. Стартер большого дизеля берет несколько киловатт. При 24 В для той же мощности нужен вдвое меньший ток, чем при 12 В.
Вдвое меньший ток значит вчетверо меньше тепла в проводах, ведь Q = I² · R · t. Провода можно ставить тоньше, а потери напряжения на длинных жгутах большой машины становятся меньше.
Обратная сторона: все лампы, реле и моторы в такой машине должны быть на 24 В. Лампа 12 В, поставленная в сеть 24 В, получает вчетверо большую мощность и сгорает за доли секунды. Попробуй это на столе в готовом случае «Лампа 12 В на 24 В».
Ток короткого замыкания автомобильного аккумулятора достигает сотен ампер. Гаечный ключ, упавший на клеммы, раскаляется и обжигает, а искра может поджечь водород над банками.
При снятии аккумулятора первым отключают минус, при установке минус подключают последним. Тогда ключ, коснувшийся кузова, не устроит короткое замыкание.
Сгоревший предохранитель меняют только на такой же. Больший номинал или проволочка вместо вставки оставляют провод без защиты, и он сгорит сам.
Чем больше ток нагрузки, тем толще нужен провод. Фары и стартер подключают толстыми проводами, лампочки подсветки тонкими.
Лампа 12 В в сети 24 В сгорит сразу, а лампа 24 В в сети 12 В будет светить на четверть мощности. Напряжение указано на цоколе.
В режиме измерения тока сопротивление мультиметра почти нулевое. Подключенный так к клеммам аккумулятора, он сжигает свой предохранитель, а иногда и щупы.
Схема считается методом узловых потенциалов: каждый узел сетки, где встретились клеммы, получает свой потенциал, и для каждого узла записывается, что сумма втекающих токов равна сумме вытекающих. Аккумулятор задан ЭДС и внутренним сопротивлением, лампа и фара сопротивлением горячей нити (6,86 и 2,62 Ом), амперметр сопротивлением 0,0001 Ом, вольтметр 10 МОм. Провод имеет сопротивление на каждую клетку: тонкий 0,01 Ом, толстый 0,002 Ом, клетка условно равна 28 см провода. Холодная нить у настоящей лампы имеет сопротивление в несколько раз меньше, поэтому на самом деле лампы вполнакала светят чуть ярче, чем на столе. Предохранитель сгорает по накопленному теплу I²t: при двойном токе примерно за 2 секунды, при коротком замыкании за десятые доли секунды. Лампа перегорает, если мощность больше номинальной в 1,8 раза. Мотор описан сопротивлением якоря 1 Ом и встречной ЭДС, которая растет со скоростью. Числа учебные: для расчета настоящей проводки нужны нормы и паспорта деталей.