U = 9 В
R = 50 000 Ом
Мы хотим узнать значение электрического тока, поэтому используем вариант написания закона Ома, в котором сила тока находится в левой части уравнения:
I = U/R.
Теперь надо подставить известные значения в формулу:
I = 9 В/50 000 Ом = 0,00018 А
Переместим десятичную точку на три позиции влево, чтобы получить ответ в миллиамперах:
I = 0,18 мА
Это очень маленький ток, который не будет приводить к выделению сколь-нибудь значительного количества тепла.
Что происходит, когда вы закорачиваете батарейку? Сила тока какой величины нагревает провода? Отлично, предположим, что провода имеют сопротивление величиной 0,1 Ом (возможно, оно меньше, но я хочу начать с предположения, что оно равно именно 0,1 Ом).
Запишем, что нам известно:
U = 1,5 В
R = 0,1 Ом
Как только мы пытаемся найти величину тока, мы должны использовать следующую формулу:
I = U/R.
Теперь надо подставить известные значения в формулу:
I = 1,5 В/0,1 Ом = 15 А
Это примерно в 100 000 раз большее значения тока, который проходил по поверхности вашего языка. Причем этот ток выделяет гораздо больше тепла даже при том, что используется намного меньшее напряжение.
Однако может ли такая тоненькая и маленькая батарейка в действительности создать ток величиной 15 А? Помните, что батарейка разогрелась также как и провода. Это означает для нас, что электроны при перемещении внутри батарейки также встречают некоторое сопротивление, как и при перемещении по проводам. (Иначе откуда еще может взяться тепло?) Обычно мы можем забыть о внутреннем сопротивлении батарейки, поскольку оно слишком мало. Но при высоких значениях силы тока и оно становится достаточно существенным.
Мне не очень хотелось бы закорачивать батарейку с подключением мультиметра, чтобы попытаться измерить силу тока.
Мой прибор сгорит, если проходящий через него ток будет более 10 А. Однако я могу попытаться подключать в цепь только добавочные предохранители, чтобы определить при каких значениях они будут перегорать. Когда я попробовал применить предохранитель номиналом 10 А, он не расплавился. Поэтому для используемого мною типа батарейки я совершенно уверен, что ток при коротком замыкании будет менее 10 А. Но я точно знаю, что этот ток будет больше 3 А, поскольку при попытке подключения предохранителя на 3 А он перегорел. Внутреннее сопротивление 1,5-вольтовой батарейки при коротком ее замыкании препятствует протеканию тока слишком большой величины. Именно поэтому я предупреждал, что в эксперименте нельзя использовать мощные батарейки (особенно автомобильные аккумуляторы). Мощные батареи питания имеют гораздо меньшее внутреннее сопротивление, позволяющее току достигать очень большого значения, которое соответственно приводит к выделению большого количества тепла, приводящего в конце-концов к взрыву. Автомобильные аккумуляторные батареи специально конструируют для выдачи токов в сотни ампер для проворачивания вала двигателя. Это вполне достаточная величина тока, чтобы расплавить провода и вызвать сильные ожоги. Фактически, используя автомобильный аккумулятор, вы можете выполнять сварку металлов.
Литиевые батарейки также имеют низкое внутреннее сопротивление, что делает их очень опасными при закорачивании.
Надо иметь в виду, что большой ток может быть столь же опасным, как и высокое напряжение.
Происхождение понятия мощности
Джеймс Ватт (рис. 1.60) известен как изобретатель парового двигателя. Он родился в 1736 году в Шотландии, где организовал небольшую мастерскую при Университете в Глазго и разработал эффективную конструкцию для использования пара с целью перемещения поршня в цилиндре. Финансовые проблемы и примитивное состояние технологии металлообработки отложили практическую реализацию изобретения до 1776 года.
Рис. 1.60. Джеймс Ватт, изобретение которого позволяло использовать энергию пара, сделало возможным совершить промышленную революцию. После его смерти единице измерения электрической мощности было присвоено его имя
Несмотря на трудности при получении патентов (которые могли быть выданы в то время только с помощью парламентского решения), Ватт и его партнер по бизнесу в конечном итоге заработали много денег на своих инновациях. Хотя он жил раньше основоположников электричества, в 1889 году (через 70 лет после его смерти), его имя было присвоено основной единице измерения электрической мощности, которая в электрических цепях постоянного тока может быть определена, как произведение тока в амперах на напряжение в вольтах (см. разд. «Фундаментальные сведения — Основные сведения о ваттах»).