// SIMULATOR · MODULE_01 · WATER_MODEL

Электрическая цепь на воде

Батарейка — насос, провод — труба, резистор — сужение, мотор — водяная мельница, амперметр — счётчик воды, вольтметры — манометры на моторе и на резисторе. Крутите ручку прямо на резисторе и смотрите, что станет с мотором на 3,2 В и 20 мА.

КРОНА 9 В СГОРЕЛ 290 Ом крутите ↻ +− Резисторсужение трубы Моторводяная мельница3,2 В · 20 мА Вольтметрманометр на моторе Вольтметрманометр на резисторе Амперметрсчётчик воды Кран-выключатель Батарейканасос внутри
Цепь замкнута — вода идёт по кругу
Сопротивление резистора R (0–1000 Ом)290 Ом
Амперметр: ток I0
Вольтметр: напряжение на моторе0
Манометр на резисторе: теряется0
Нагрузка мотора (от 20 мА)0
■ резистор■ мотор
Паспорт мотора: 3,2 В и 20 мА, значит его сопротивление Rм = 3,2 / 0,02 = 160 Ом. Чтобы получить номинал от батарейки 9 В, нужен R = (9 − 3,2) / 0,02 = 290 Ом.
Цвет воды = давлениенизкое → высокое

Кто есть кто

В электричествеВ водеЧто происходит
Батарейка «Крона»Насоссоздаёт давление (9 В) и гонит воду по кругу
Напряжение U (В)Давлениечем выше, тем сильнее напор
Ток I (А)Расход водысколько воды проходит через сечение за секунду
Резистор R (Ом)Сужение трубымешает потоку; на нём давление «падает»
Мотор 3,2 В · 20 мАВодяная мельницавода отдаёт энергию, колесо вращается; рассчитана на свой расход
АмперметрСчётчик водыстоит в разрыве трубы, вся вода течёт через него — меряет ток
Вольтметр (на моторе и на резисторе)Манометрыподключаются параллельно тонкими трубками к двум точкам трубы — меряют разницу давлений между ними
ВыключательКранперекрыл в любом месте — вода встала везде сразу

Закон Ома

Расход зависит от давления и сужения: I = U / R. У нас резистор и мотор стоят друг за другом, их сопротивления складываются: I = U / (R + Rм).

Как подобрать резистор

Мотору нужно 3,2 В из 9 В. Остальные 5,8 В должен «съесть» резистор при токе 20 мА: R = 5,8 / 0,02 = 290 Ом.

Почему мотор сгорает

Мало сопротивления — большой ток. Ниже 50 Ом ток больше 43 мА, то есть вдвое выше нормы: обмотка перегревается и перегорает. Вольтметр потом показывает 9 В — вся «разница давлений» на разорванном моторе.

Попробуйте сами

1. Номинал

Поставьте 290 Ом: амперметр показывает 20 мА, манометр на моторе 3,2 В, на резисторе 5,8 В — вместе ровно 9 В батарейки.

2. Опасно!

Опустите резистор ниже 50 Ом: мотор раскручивается, греется, дымит и сгорает. Заменить его можно кнопкой справа.

3. Слишком много R

Выкрутите 1000 Ом: ток падает до 8 мА, мельница еле движется — давления для мотора не хватает.