Может быть, это выглядит, как будто мы получаем что-то даром, извлекая работу из водяного колеса, не возвращая какую-либо энергию обратно в систему. Но помните, уровень воды в баке падает. Но как только я добавлю несколько помощников, которые будут перетаскивать воду обратно в сосуд (рис. 1.68), вы сможете увидеть, что мы обязательно должны совершить работу, чтобы получить ее обратно.
Рис. 1.68. …тем или иным способом, вы должны вернуть «работу» (энергию) обратно в бак
Аналогичным образом батарея отдает энергию не получая ничего, лишь только химические реакции внутри батареи будут преобразовывать чистые металлы в металлические соединения, а мощность, которую мы извлекаем из батарейки, не дает возможности изменить это состояние. Если же это аккумуляторная батарея (аккумулятор), то мы можем «помещать» энергию обратно в нее, направляя химическую реакцию в обратном направлении.
Возвращаясь обратно к сосуду с водой, предположим, что мы не можем извлечь достаточно мощности из него, чтобы крутить колесо. Одним способом решения проблемы будет добавление воды. Больший уровень воды приведет к более высокому давлению и соответственно большему напору воды (рис. 1.69). Это будет то же самое, что и удвоение напряжения при последовательном соединении двух батареек, когда отрицательный вывод одной батарейки подключается к положительному выводу другой (рис. 1.70). В течение всего времени пока сопротивление в цепи будет оставаться неизменным, увеличение напряжения будет приводить к соответствующему увеличению тока, поскольку ток равен напряжению, деленному на сопротивление.
Рис. 1.69. Больший уровень воды создает более мощный поток, пока сопротивление ему остается таким же
Рис. 1.70. Когда вы подключаете две одинаковых батарейки последовательно, то вы тем самым увеличиваете их общее напряжение
А что если нам надо крутить два колеса вместо одного? Мы можем пробить второе отверстие в баке, и давление при этом будет одинаковым для каждого из отверстий. Однако уровень воды в сосуде будет понижаться в два раза быстрее. На самом деле нам лучше бы взять точно такой же второй сосуд. По аналогии с батарейками, если вы соедините две одинаковые батарейки параллельно, то в результате получите точно такое же общее напряжение, но которое будет поддерживаться в два раза более продолжительного времени (рис. 1.71). Кроме того, две такие батарейки будут в состоянии выдавать соответственно больший ток, чем в том случае, когда вы используете только одну батарейку.
Рис. 1.71. Две одинаковые батарейки, соединенные параллельно, будут выдавать одно и то же напряжение в два раза дольше, чем одна
Итак, подведем итоги.
• Две одинаковые батарейки, соединенные последовательно, увеличивают общее напряжение в два раза.
• Две одинаковые батарейки, соединенные параллельно, при одном и том же значении напряжения могут в два раза увеличить ток.
Отлично, теперь в нашем распоряжении теоретических сведений более чем достаточно. В следующей главе мы продолжим выполнять некоторые эксперименты, которые будут и далее закладывать фундаментальные представления об электричестве, постепенно продвигая нас к пониманию внутренней конструкции различных электронных устройств, которые могут быть нам интересными и полезными.
Глава 2
ОСНОВЫ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ И МНОГОЕ ДРУГОЕ
Концепция переключения (коммутации) является фундаментальной в электронике, и я имею в виду не только мощные сетевые выключатели. Под «переключением» я имею в виду использование одного электрического тока для переключения или управления другим. Это настолько важный принцип, что ни одно цифровое устройство не может существовать без него.
Сегодня переключение в основном осуществляется полупроводниками. До того, как я начну разбираться с этим понятием, я вернусь назад и проиллюстрирую вам принцип работы реле, которые легче для понимания, поскольку можно увидеть, что происходит у них внутри. И еще до того, как я перейду к реле я хочу обсудить обычные переключатели, которыми мы пользуемся очень часто. Эти переключатели, выглядя очень простыми, помогут нам определить и понять основные принципы.