Ток, мощность и ограничения компонентов

Току нужен замкнутый путь

Ток — скорость прохождения заряда через сечение: $I=\Delta Q/\Delta t$. Один ампер — один кулон в секунду. Условное направление тока совпадает с движением положительного заряда. Электроны в металле движутся наоборот; уравнения цепей последовательно используют условный ток.

Источник, соединённый только с одним выводом резистора, не создаёт устойчивый постоянный ток через него. Нужен полный обратный путь. Через каждый элемент последовательного пути проходит одинаковый ток, если не отходит ветвь. Напряжение измеряется между выводами элемента; ток — через ветвь. Амперметр нужно включать последовательно. Измеритель в режиме тока прямо поперёк питания создаёт непреднамеренную ветвь малого сопротивления.

Энергетический бюджет

При токе, входящем в положительный вывод напряжения, поглощаемая мощность — $P=VI$. Резистор рассеивает $I^2R=V^2/R$. Пусть к 1 kΩ приложены 5 V. Ток — 5 mA, мощность — 25 mW. Гипотетическая номинальная мощность 0.125 W превышает расчётное рассеяние, но реально разрешённая мощность зависит от температуры и кривой снижения мощности производителя. Одна маркировка не является тепловым проектированием.

Теперь снизьте сопротивление до 100 Ω. Ток станет 50 mA, мощность — 250 mW. Напряжение осталось прежним, а рассеяние выросло в десять раз. Меньшее сопротивление может решить нагрузку ценой тока, тепла и срока батареи. Источник, отдающий мощность, имеет отрицательную поглощаемую мощность по тому же соглашению знаков; поэтому общая сумма мощностей — полезная проверка.

Практическая запись

Создайте таблицу напряжения, сопротивления, тока, расчётного рассеяния и явного ограничения мощности. Отметьте числа-допущения. Для шины 3.3 V и 330 Ω идеальный ток — 10 mA, мощность резистора — 33 mW. Измеренный ток значительно выше предсказания указывает на другое сопротивление, лишний параллельный путь или неверную настройку питания. Не скрывайте несовпадение изменением единиц до правдоподобного числа.