4.8 Что мы будем создавать

Меня всегда очаровывали свет и возможность управлять разными источниками света при помощи технологии. Мне посчастливилось работать над интересными проектами, которые включают управление светом и его взаимодействие с людьми. Arduino действительно хороша в этом. В этой книге мы будем работать над вопросом разработки "интерактивного света ", используя Arduino как способ понять основы построения интерактивных устройств.

В следующем разделе я постараюсь пояснить основы электричества способом, скучным инженеру, но не отпугивающим начинающих программистов Arduino.

4.9 Что такое электричество?

Если вы делали что-нибудь по дому, электроника вам не покажется сложной для понимания. Чтобы понять как работают электричество и электрические схемы, лучше всего представлять вещи как "водяная аналогия". Давайте создадим простое устройство, такое как портативный вентилятор с питанием от батарей (рис. 4-4).

Рис. 4-4. Портативный вентилятор

Если разобрать вентилятор на части, мы увидим что он состоит из маленькой батарейки, нескольких проводов и электромоторчика. Один из проводов, идущих от батареи к моторчику, разорван выключателем. Если у вас новая батарейка и вы включите выключатель, моторчик начнёт крутиться, охлаждая вас. Как это работает? Представьте себе что батарейка - это водяной резерувар с насосом, выключатель - кран, а электромотор - колесо, подобное тем что вы видели у водяных мельниц. Когда вы откроете кран, вода потечёт из насоса и будет приводить водяное колесо в движение.

Рис. 4-5. Гидравлическая система

Вы быстро поймёте что если вам надо вращать колесо быстрее, требуется увеличить размер труб (но это работает только до определённого предела) и увеличить давление насоса. Увеличение диаметра труб позволит пройти через них большему потоку воды; увеличивая трубу мы уменьшаем её сопротивление потоку. Это работает до определённого предела, при котором колесо не будет крутиться ещё быстрее, так как давленые воды недостаточно велико. Когда мы достигнет этой точки, нам надо насос помощнее. Такой метод ускорения водяной мельницы работает также до некоторой точки, в которой водяное колесо сломается из-за слишком сильного напора воды. Другая вещь, которую вы можете заметить, это что ось колеса немного нагревается, поскольку незавимо от того насколько точно мы установили колесо, трение между осью и колесом будет создавать тепло. Важно понять что в подобной системе не вся энергия насоса будет превращена в движение колеса, некоторая часть будет потеряна из-за неэффективности системы и превратится в основном в тепло в некоторых её частях.

Итак, какие часты системы важны? Давление, поизводимое насосом; сопротивление труб и колеса потоку воды, и, собственно, сам поток воды (определяемый литрами воды, которая вытекает за секунду) и другие. Электричество работает подобно воде. У вас есть что-то подобное насосу (любой источник электричества, такой как батарейка или розетка в стене), который толкает электрические заряды (представим их как "капельки" электричества) по трубам, которые мы можем представить как провода, и устройства, способные производить тепло (пример - термоодеяло), свет (лампа в вашей комнате), звук (ваша стереосистема), движение (вентилятор) и многое другое.

Теперь, если вы прочтёте на батерейке "9 В", думайте об этом как о давлении воды, которое может выдать наш "насос". Напряжение измеряется в вольтах - единицах названных в честь Александра Вольта, создателя первой батареи.

В точности как давление воды имеет эквивалент в электричестве, скорость потока воды также его имеет. Он называется током, который измеряется в амперах (по имени Андре Мари Ампера, первооткрывателя электромагнетизма). Связь между напряжением и током может быть показана если мы вернёмся к водяному колесу: если большее напряжение (давление) позволяет вам крутить колесо быстрее, то больший поток воды (ток) позволяет крутить большее колесо.

И, наконец, сопротивление, противостоящее течению электричества на его пути, через который ток проходит, называется - вы знали это! - соротивлением, и измеряется в омах (по имени немецкого физика Георга Ома). Герр Ом также виновен в формулировке самого важного закона в электричестве, и вам надо запомнить только одну его формулу. Он смог показать, что напряжение, ток и сопротивление в цепи связаны друг с другом, и, в частности, что сопротивление цепи определяет количество тока, который будет течь через неё при определенном напряжении питания.

Это легко понять если вы задумаетесь. Возьмите батарейку на 9 вольт и включите её в простую схему. Измеряя ток, вы увидите что чем с большим сопротивлением резистор вы добавите в схему, тем меньший ток будет проходить через него.Возвращаясь к аналогии с водой, при данном насосе, если я установлю клапан (который соотносится с сопротивлением в электронике), то чем больше я буду закручивать этот клапан - увеличивая сопротивление потоку воды - тем меньше воды протечёт по трубе. Ом подвёл итог своего закона в формулу:

R (сопротивление) = V (напряжение) / I (ток)

V = R * I

I = V / R

Это единственное правило, который вам надо запомнить и выучить, поскольку в большинстве ваших работ оно единственное вам и понадобится.