2.02. Сопротивление в цепи.md

В этом параграфе вы узнаете, как управлять электрическим током с помощью сопротивления. Вы разберётесь, что такое сопротивление, как оно работает, и познакомитесь с законом Ома, который связывает напряжение, силу тока и сопротивление. Также вы изучите ключевые компоненты — резисторы, потенциометры, фоторезисторы, термисторы и джойстики, — которые помогут создавать устройства, такие как фонарик с регулируемой яркостью или датчик света.

Что такое сопротивление?

Электрический ток — это поток электронов по проводнику, как вода в трубах. Но иногда нужно ограничить этот поток, чтобы защитить компоненты или настроить их работу. Здесь помогает сопротивление. Сопротивление — это свойство материала или компонента «замедлять» ток, как узкая труба уменьшает поток воды. Чем больше сопротивление, тем меньше тока проходит.

Сопротивление измеряется в Омах (Ом, Ω). Оно позволяет:

Защищать компоненты. Ограничить ток, чтобы светодиод не перегорел.
Регулировать работу. Настроить яркость светодиода или громкость динамика.
Управлять цепью. Изменять ток с помощью датчиков, таких как фоторезистор.

Пример: Резистор перед светодиодом в фонарике ограничивает ток, чтобы свет был ярким, но безопасным.

Закон Ома — главный закон электроники

Взаимосвязь трёх главных параметров электрической цепи — напряжения (U), силы тока (I) и сопротивления (R) — описывает закон Ома.

I = U / R (Сила тока равна напряжению, делённому на сопротивление)

Этот закон очень прост и логичен:

Сила тока прямо пропорциональна напряжению - чем сильнее «давление» (U), тем мощнее поток (I).
Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению - чем больше препятствие (R), тем слабее поток (I).

Пример из жизни. Открывая кран сильнее (уменьшая сопротивление), вы увеличиваете поток воды (силу тока), даже если напряжение (давление в трубах) остаётся тем же.

Закон Ома — это ваш главный инструмент для расчётов. Он позволяет точно подобрать резистор, чтобы защитить компонент от слишком большого тока. Например, если светодиод рассчитан на ток не более 20 мА (0.02 А), а источник питания даёт 5 В, мы можем рассчитать нужное сопротивление: R = U / I = 5 В / 0.02 А = 250 Ом. Мы возьмём ближайший стандартный номинал, например, 220 Ом или 330 Ом.

Компоненты для управления сопротивлением

Теперь познакомимся с компонентами, которые вы будете использовать на макетной плате для управления сопротивлением.

Резистор. Самый простой компонент, который создаёт постоянное, неизменное сопротивление. Его главная задача — ограничивать силу тока. Номинал резистора (например, 220 Ом, 1 кОм) обычно указывается с помощью цветных полосок на корпусе.
Потенциометр. Это резистор с изменяемым сопротивлением. Вращая его ручку, вы можете плавно менять сопротивление от нуля до максимального значения. Это позволяет в реальном времени управлять, например, яркостью света или громкостью звука.
Реостат. Реостат — регулируемый резистор для больших токов, часто используемый в мощных устройствах, таких как электродвигатели. В вашем наборе его может не быть, но принцип работы похож на потенциометр.
Фоторезистор. Его сопротивление зависит от количества падающего на него света. В темноте он имеет очень высокое сопротивление, а на ярком свету — низкое. Это свойство используется для создания датчиков освещённости, например, в уличных фонарях, которые включаются автоматически с наступлением сумерек.
Термистор. Его сопротивление меняется в зависимости от температуры. Термисторы — основа цифровых термометров и систем климат-контроля. Существует два основных типа:
- NTC (Negative Temperature Coefficient). Сопротивление уменьшается при нагреве.
- PTC (Positive Temperature Coefficient). Сопротивление увеличивается при нагреве.
Джойстик. Это более сложное устройство, которое, по сути, объединяет в себе два потенциометра (для осей X и Y) и кнопку. Двигая ручку джойстика, вы одновременно изменяете сопротивление двух потенциометров, что позволяет управлять движением в двух измерениях, например, в робототехнике или играх.

Зачем это нужно?

Понимание сопротивления и закона Ома превращает хаотичный набор электронных компонентов в управляемую систему. Эти знания позволяют не только защищать элементы схемы, но и создавать умные устройства, которые реагируют на свет, температуру и действия пользователя. С помощью резисторов, потенциометров и других компонентов на макетной плате вы сможете собрать свои первые датчики и регуляторы.

Теперь, когда вы знаете, как управлять током, пора применить эти знания на практике. Если вы хотите поэкспериментировать с различными способами соединения компонентов, переходите к лабораторным работам. А если вам не терпится узнать о самых «умных» компонентах современной электроники, отправляйтесь в следующий параграф, где мы изучим полупроводники.