Расчеты с применением больших и малых величин

Предположим, что у вас есть схема с небольшой сиреной, которая имеет сопротивление 2 килоома, а также 12-вольтовая батарея. Для того чтобы рассчитать ток, вам нужно выразить сопротивление цепи не в килоомах, а в базовых единицах — омах, не используя приставку "кило". В нашем случае это значит, что нужно разделить напряжение на 2000 Ом:

 

I = U / R = 12 вольт / 2000 Ом = 0,006 A

 

В результате мы получили ток, записанный как доля 1 А. После окончания расчета будет удобнее вновь использовать префикс, чтобы дать ответ в более лаконичном виде: 0,006 А = 6 мА

 

Подводя итоги, можно сказать: для проведения расчетов необходимо все исходные величины преобразовать к базовым единицам счисления.

 

Мощность и закон Ома

Георг Ом (вот уж поистине, наш пострел везде поспел!) также нашел выражение для мощности, вычисляемое при известных напряжении и токе:

Р = U х I; или Мощность = напряжение X ток.

 

Это уравнение можно использовать для расчета мощности, потребляемой сиреной из предыдущего примера:

 

Р = 12 В х 0,006 А = 0,072 Вт, или 72 мВт.

 

Ладно, а что же делать, если напряжение на сирене нам не известно? Вы можете заняться простейшим преобразованием формулы для мощности, используя школьные знания (а вы-то думали, что зря протираете штаны на уроках физики!). Поскольку U = I х R, можно подставить это выражение в формулу для мощности, получив

Р = I2х R; или Мощность = квадрат тока х сопротивление.

 

Вы также можете использовать алгебраические преобразования, чтобы самостоятельно прикинуть, как можно рассчитать сопротивление, напряжение или ток, зная мощность и любой другой из этих же параметров.

 

Что, вы действительно так боитесь алгебры? Мария Ивановна завалила вас на экзамене двадцать лет назад? Ну что ж, тогда вы, видимо, с облегчением узнаете, что в Интернете существует множество уже готовых калькуляторов для вычисления по закону Ома. Погфобуйте выйти на тот же www.google.com и ввести в качестве ключевых слов "Калькулятор закона Ома". Ну, и не забудьте заглянуть в главу 17, где приведены 10 основных формул электроники.

 

Глава 2

Безопасность людей и устройств

Вэтой главе...

> Здравый смысл при работе с электронными компонентами

> Как избежать поражения электрическим током

> Контроль статического электричества

> Работа с переменным током

> Техника безопасности при измерениях мультиметром

> Пайка без страха и упрека

> Правильная одежда — залог безопасности

Вы, вероятно, знаете, что когда в 1752 году Бенджамин Франклин запустил во время грозы воздушного змея, он открыл некоторые свойства электричества. Фактически он догадывался об этих свойствах и раньше — Франклин просто хотел в такой форме проверить теорию о проводниках. Хотя эксперимент и удался, его можно назвать как угодно, только не безопасным. Франклин едва остался жив, а если бы ему повезло чуть меньше, то чей бы портрет мы созерцали сейчас на сто долларовой банкноте?

Работая с электричеством, вы должны испытывать некое уважение к его мощи. В этой главе мы рассмотрим правила, позволяющие вам обезопасить как себя, так и ваши электронные поделки. Это, пожалуй, единственная глава во всей книге, которую вы обязаны изучить "от корки до корки", даже если вы уже не новичок в электронике.

 

Шестое чувство в электронике

В электронике шестое чувство — совсем не способность видеть духов чьих-то давно почивших родственников. В данном аспекте шестое чувство — это здравый смысл, т.е. то, что помогает вам остаться в живых в повседневной жизни. Это тот самый внутренний голос, который предостерегает вас от втыкания пальцев в патрон лампы, предварительно не отключив ее от сети.

Ни одна книга в мире не научит здравому смыслу. Мы рождаемся с ним и подсознательно возделываем этот дикий цветок в своем саду. Однако есть пара вещей, на которые только намекни, и будет понятно с полуслова, где речь идет о здравом смысле. Для начала запишем следующее.

 

> Никогда не стройте догадки. Семь раз промерьте, один — отрежьте. Представьте, что паяльник постоянно хочет ужалить вас, когда оказывается слишком близко. Ваши родные могут подумать, что это у вас от работы легкое помутнение рассудка, но зато вы никогда не обожжетесь и не получите электрический разряд в руку.

 

> Если не уверены, что делать, подумайте еще раз. Далеко не все в электронике так очевидно, как кажется на первый взгляд.

 

> He испытывайте судьбу. Если вы уже собрались рискнуть с вероятностью 50 на 50 что-то сделать, не отключаясь от сети, то сначала подумайте — а что же будет, если вы не угадаете.

 

 

Никогда не ослабляйте контроль над безопасностью. Не стоит портить все удовольствие от любимого увлечения или, может, даже вашего жизненного призвания простым несоблюдением техники безопасности.

Опасность поражения электрическим током

Вне сомнений, наиболее грозным аспектом работы с электричеством является опасность быть ударенным током. Поражение электрическим током представляет собой реакцию человеческого организма на воздействие электричества. Чаще всего реакция заключается в резком сокращении мышц (в том числе и сердца) и чрезвычайно сильного разогрева в месте контакта кожного покрова с электрической цепью. Нагрев приводит к ожогам, вплоть до смерти или физической травмы. И даже слабые токи могут нарушить сердцебиение.

Степень поражения током зависит от множества факторов, включая ваш возраст, состояние здоровья, величин напряжения и тока. Если вам за пятьдесят, и у вас слабое здоровье, вы вряд ли перенесете удар током так же спокойно, как если бы вы были двадцатипятилетним олимпийским атлетом. Однако не имеет значения, сколько вам и как вы здоровы, напряжение и ток могут оказаться слишком большими, поэтому всегда важно отдавать себе отчет, насколько сильно вы можете пострадать.

 

Электричество = напряжение + ток

Чтобы полностью понимать опасность поражения электрическим током, нужно знать основы того, из чего складывается электричество. В главе 1 утверждалось, что оно состоит из двух частей: тока и напряжения.

Ток и напряжение всегда действуют вместе, и их величина самым непосредственным образом влияет на последствия поражения электричеством. Давайте еще раз рассмотрим аналогию с водой, протекающей по трубе. Пусть вода— это ток. Увеличение диаметра трубы позволяет пройти через последнюю большему количеству воды, что соответствует увеличению тока в проводе большего сечения. Представьте себя под потоком воды, обрушивающимся с плотины Днепрогэса! Увеличение напора воды в трубе соответствует увеличению напряжения, а вы, должно быть, знаете, что даже небольшие количества воды под сильным давлением могут иметь разрушительную силу. То же утверждение справедливо и к электричеству. И даже малые напряжения при сильном токе могут убить человека.

 

Постоянный или переменный ток

Электрический ток может иметь две формы.

 

> Постоянный ток: электроны текут по проводам или в цепи всегда в одном направлении.

> Переменный ток: электроны циклически изменяют направление своего движения по проводам или в цепи.

 

Если последнее утверждение оказалось для вас новостью, возможно вам следует вернуться к главе 1, где приведены подробности.

 

Бытовые электрические сети США и Канады имеют напряжение 110 В, а Европы и СНГ — 220 В. Такие высокие величины напряжения запросто могут (часто так и происходит) убить человека. Следует соблюдать максимальную предосторожность, работая с сетью.

 

Пока вы не станете профессионалом в электронике, на первых порах лучше будет избегать схем, питающихся от домашних электрических сетей. Многим цепям вполне достаточно энергии от обычных батареек или преобразователей напряжения на малогабаритных трансформаторах. При таких токах и напряжениях до тех пор, пока вы не сделаете что-то действительно глупое — например, полижете контакты 9-вольтовой батареи (да-да — вас основательно стукнет током!), вам практически ничего не угрожает.

 

Основная опасность электрических домашних сетей заключается в воздействии тока на сердечную мышцу. Высокий ток переменного напряжения может вызвать сокращения этой мышцы и серьезные ожоги. Многие инциденты с электричеством происходят тогда, когда рядом никого нет, кто бы мог помочь жертве.

Наиболее часто встречающаяся форма повреждений, вызванных высоким постоянным током, — ожоги. Помните, что, хотя в этом случае напряжение не приходит прямо с электростанции, оно не становится менее опасным. К примеру, не стоит полагать, что, хотя обычная батарея имеет напряжение всего лишь 9 В, она совершенно безобидна. Если закоротить контакты батарейки проводком или при помощи медной монетки, батарея может перегреться — и даже взорваться! При взрыве осколки батарейки могут разлететься с большой скоростью и поранить руки или лицо.

 

Как не пострадать от удара током

Большинство случаев поражения электрическим током происходит вследствие собственной неосторожности. Вы должны соображать, что делаете, и тогда риск поражения значительно снизится.

Ниже приведены советы о том, как избежать удара током.

 

> Пытайтесь как можно меньше работать со схемами переменного тока. Конечно, совсем избежать встречи с ними невозможно. Если, например, ваша схема требует питания от розетки с последующим преобразованием переменного тока в постоянный с низким напряжением, то подумайте об использовании уже готового преобразователя с трансформатором, вставляемого в розетку. Так будет значительно безопаснее, чем преобразовывать ток самому.

> Разделяйте физически части схемы, в которых текут переменный и постоянный токи. Такая предосторожность сведет к минимуму опасность поражения током, если вдруг где-то оторвется оголенный провод.

> Убедитесь, что внутри вашей схемы вы обезопасили все проводящие части. Не стоит успокаиваться, если вы просто обмотали изолентой провод под переменным током внутри корпуса вашего устройства. Он может каким-то образом обнажиться или высунуться. Лучше применить хомуты или скобы, чтобы надежно закрепить провод в корпусе. Хомут представляет собой пластмассовую или металлическую ленту, которая зажимается вокруг провода и препятствует вытягиванию последнего из корпуса. Такие нехитрые приспособления можно купить практически в любом магазине электротоваров.

> Всегда, когда возможно, при разработке схем на переменном токе используйте металлический корпус, но только при условии его полного заземления. Для заземления металлического корпуса необходимо пользоваться трехвыводной розеткой и дополнительным "земляным" проводом. Удостоверьтесь, что зеленый провод (обычно таким цветом обозначают провод с потенциалом земли, а земля есть исходная точка для отсчета величин всех напряжений схемы) надежно закреплен на корпусе вашего изделия.

> Если вы не можете стопроцентно гарантировать качество заземления, то используйте пластиковые корпуса. Пластик изолирует вас от случайно оголившихся проводов или находящихся под напряжением частей схемы. В изделиях, которые не имеют полного заземления, следует применять только изолированные блоки питания, как это делается, к примеру, в компактных преобразователях напряжения (маленьких блоках питания, питающихся от сети и выдающих низкие напряжения на тот или иной вид разъема; вы можете использовать такой для зарядки вашего мобильного телефона). Когда вы вставляете преобразователь в розетку, с его выхода поступает практически безопасное низкое напряжение.

> Не стройте из себя клоуна для окружающих. Будьте серьезны и фокусируйте внимание в тот момент, когда работаете с электричеством.

> Не работайте во влажной среде. "Да как же иначе!" — могут воскликнуть некоторые. Но вы будете удивлены, если узнаете, что иногда делают невнимательные люди. И помните, что, наливая чай в чашку, вы не можете быть уверены, что, не разбрызгаете воду вокруг. Лучше оставьте свой напиток или чашечку с кофе на полке в стороне от вашего рабочего места.

 

Если возможно, работайте вместе с другими людьми. Пусть кто-нибудь всегда будет рядом, когда вы работ аете с электрической сетью переменного тока. Если недалеко будет человек, который сможет набрать 03 в то время, когда вы лежите на полу без сознания, вы будете ему потом очень благодарны. Серьезно.

 

Оказание первой помощи

Не сомневаемся, вы — самый осторожный и предусмотрительный человек на земле, и вас никогда и ни за что не ударит током, но на всякий случай и вы достаньте где-нибудь правила оказания первой помощи. А вдруг кто-нибудь (ну, разумеется, не вы!) сунет палец в розетку. Вы можете найти последовательность действий даже в Интернете, введя в строку поиска ключевые слова "оказание первой помощи". Такие же правила легко разыскать и в школе, и в отделе техники безопасности на заводе или в лаборатории.

 

Помощь пострадавшему от удара электрическим током может заключаться в сердечно-дыхательном стимулировании. Однако убедитесь, что вы когда-либо испытывали эту технику, прежде чем применить ее на ком-нибудь, иначе очень легко навредить больше, чем помочь. Информацию о стимулировании сердечной деятельности и дыхания можно найти на сайте http://www.meduhod.ru/deseases/firstaid.shtml.

 

Статическое электричество и его последствия

Существует еще один тип электрической энергии, повседневно встречающийся и опасный как для людей, так и для электроники; он называется статическим электричеством. Электричество называется статическим, поскольку представляет собой форму тока, который накапливается на каком-либо изоляторе, как в ловушке, и остается там даже после того, как вы отключили источник питания. Обычные же токи — как переменные, так и постоянные — в отсутствие питания исчезают.

Древние египтяне открыли явление статического электричества, когда они проводили по кошачьей шерсти гладкими кусочками янтаря. После подобной процедуры янтарь и кошачья шерсть притягивались друг к другу какой-то неведомой силой. Точно так же два клубка кошачьей шерсти, которые были натерты янтарем, отталкивались друг от друга. Хотя египтяне и не понимали этой мистической силы, они знали о ней четыре тысячи лет назад, и доказательством тому были их вечно исцарапанные руки. (Для прямых наследников египетских фараонов — мы настоятельно не рекомендуем идти тренироваться на кошках.)