Радиоэлектроника, или как я начал её постигать

Добрый день, уважаемое сообщество.

Меня все время удивляли люди, которые понимают в радиоэлектронике. Я всегда их считал своего рода шаманами: как можно разобраться в этом обилии элементов, дорожек и документации? Как можно только взглянуть на плату, пару раз «тыкнуть» осциллографом в только одному ему понятные места и со словами «а, понятно» взять паяльник в руки и воскресить, вроде как почившую любимую игрушку. Иначе как волшебством это не назовёшь.

Расцвет радиоэлектроники в нашей стране пришёлся на 80-е годы, когда ничего не было и все приходилось делать своими руками. С той поры прошло много лет. Сейчас у меня складывается впечатление, что вместе с поколением 70-х уходят и знания с умением. Мне не повезло: половину эпохи расцвета меня планировали родители, а вторую половину я провёл играя в кубики и прочие машинки. Когда в 12 лет я пошёл в кружок «Юный техник» — это были не самые благополучные времена, и ввиду обстоятельств через полгода пришлось с кружком «завязать», но мечта осталась.

По текущей деятельности я программист. Я осознаю, что найти ошибку в большом коде ровно тоже самое, что найти «плохой» конденсатор на плате. Сказано — сделано. Так как по натуре я люблю учиться самостоятельно — пошёл искать литературу. Попыток начать было несколько, но каждый раз при начале чтения книг я упирался в то, что не мог разобраться в базовых вещах, например, «что есть напряжение и сила тока». Запросы к великому и ужасному Гуглу также давали шаблонные ответы, скопированные из учебников. Попробовал найти место в Москве, где можно поучиться этому мастерству — поиски не закончились результатом.

Итак, добро пожаловать в кружок начинающего радиолюбителя.

Я люблю учиться и узнавать что-то новое, но просто знания мне мало. В школе мне привили навык «теорему нельзя выучить — её можно только понять» и теперь я несу это правило по жизни. Окружающие, конечно, смотрят с недоумением, когда вместо того, чтобы взять готовые решения и сложить по-быстрому их воедино я начинаю изобретать свои велосипеды. Второй довод для написания статьи — это мысль «если ты понимаешь предмет — ты можешь его с лёгкостью объяснить другому». Ну что ж, попробую сам понять и другим объяснить.

Первая моя цель, прямо как по книгам — аналоговый радиоприёмник, а там пойдем и в цифру.

Сразу хочу предупредить — статья написана дилетантом в радиоэлектронике и физике и является скорее рассуждением. Все поправки буду рад выслушать в комментариях.

Итак, чем что такое напряжение, ток и прочее сопротивление? В большинстве случаев для понимания электрических процессов приводят аналогию с водой. Мы не будем отходить от этого правила, правда с небольшими отклонениями.
Представим трубу. Для контроля некоторых показателей мы включим в неё несколько счётчиков расхода воды, манометров для измерения давления, и элементы, которые мешают току воды.



В электрическом эквиваленте схема будет выглядеть примерно так:



Напряжение


Курс физики нам говорит, что напряжение — это разность потенциалов между двумя точками. Если перекладывать определение на нашу трубу с водой, то потенциал — это давление, т. е. напряжение — это разница давлений между двумя точках. Этим и объясняется принцип его измерения вольтметром. Получается, что если попытаться измерить напряжение в двух соседних точках трубы, где нет никаких сопротивлений движению воды (отсутствуют краны и сужения, внутренним трением воды о стенки трубы мы пока пренебрежём) и давление не меняется — то разница давлений в этих двух точках будет равна нулю. Если же сопротивление присутствует, происходит снижение давления (в электрическом эквиваленте падение напряжения), то мы получим величину напряжения. Сумма напряжений на всех элементах равна напряжению на источнике. Т.е. если сложить показания всех вольтметров на нашей схеме, мы получим напряжение батареи.

Например, будем считать, что наша батарея даёт напряжение 5 вольт и резисторы имеют сопротивление 100 и 150 Ом. Тогда по закону Ома U=IR, или I=U/R, получаем, что по цепи течёт ток с силой I=5/250=20мА. Так как сила тока во всей цепи одинакова (пояснения чуть дальше), из того же закона Ома следует, что первый вольтметр покажет U=0,02*100=2В, а второй U=0,02*150=3В.

Сила тока


Из того же курса физики известно, что это количество заряда за единицу времени. В водяном эквиваленте — это сама вода, а её измеритель, амперметр — есть счётчик воды. Опять таки становится понятно, почему амперметр подключается в разрыв цепи. Если его подключить на место, например, вольтметра V1, то образуется новая цепь, из которой будет исключено сопротивление R1, а значит как минимум мы получим некорректные значения (что будет «как максимум»станет понятно чуть позже). Вернёмся к нашей водичке — подключение амперметра параллельно любому из элементов означает, что часть воды пойдёт по основной трубе, а другая часть пойдёт через счётчик — и как раз этот счётчик будет врать.



Ах, да, о цепи. В большинстве литературы что мне попадалось фраза о том, что батарейки являются лишь источником напряжения, и только сопротивления являются источником тока. Как же так? Как сопротивление может являться источником чего-то ещё, кроме как источником сопротивления (тепло пока не в счёт)? Все верно, если опираться на закон Ома I=U/R, однако сколько не прикладывай сопротивление, ток не появится, пока не будет источника напряжения и замкнутой цепи (ровно как если заткнуть справа нашу трубу пробкой что не делай — счётчики воды будут молчать)!

Сопротивление в цепи просто должно присутствовать, ведь если оно равно нулю — сила тока устремится в бесконечность. Такую ситуацию мы видим при «замыкании» — искры это и есть очень большая сила тока, а если точнее теплота, равная Q=(I^2)Rt (формула действительна при постоянной силе тока и сопротивления).

Ещё одно важное замечание — при рассмотрении расчёта напряжения и силы тока я не нашёл уточнений, что в замкнутой цепи на всех участках сила тока будет одинаковой. Т.е. все счётчики будут крутиться с одной скоростью и показывать одни и те же значения. По сути, количество тока, который прошёл по цепи аналогичен количеству «воды», вышедшей из трубы.

Сопротивление


Пожалуй, самое простое явление для объяснения. Вернувшись к нашей трубе, сопротивление — это есть все возможные сужения и краны. Согласно тому, что мы разобрали выше — при повышении сопротивления уменьшается ток во всей цепи и понижает напряжение на концах сопротивления. Или снова в водяных реалиях — закрытие нашего крана на пол оборота вызовет уменьшение расхода воды на всех счётчиках и пропорциональное (в зависимости от сопротивления) снижение давления на манометрах.

Так куда же все падает и уменьшается? Вот здесь аналогия с водой неоднозначна, так как в случае с электричеством «излишки» превращаются в тепло и рассеиваются. Количество теплоты, которое при этом выделяется, снова можно рассчитать формулой Q=(ΔI^2)Rt (снова при постоянном сопротивлении). Если поделить количество теплоты на время, получим мощность, которую нужно применить при выборе самого резистора P=Q/t=(ΔI^2)R.

Курить не круто!
Когда я ходил в кружок Юный техник более старшие товарищи проводили «эксперименты» с прикуриванием от электричества. Для этого они брали блок питания, подключали к нему резисторы малой мощности и повышали напряжение. Повышали до тех пор, пока он не раскалялся до красна, как автомобильный прикуриватель. После этого, практически через мгновение резистор «перегорал» и отправлялся в мусорное ведро.

С постоянным током все понятно, а переменный?


Переменный ток, как таковой в радиоэлектронике используется редко. Его как минимум делают постоянным и в большинстве случаев снижают. Видимо по этому в попадавшейся мне литературе про него практически не говорится.

В чем же его отличие? C обывательской точки зрения, в малом — направление тока в нем меняется. Здесь аналогия с трубой не совсем уместна, первое что приходит в голову — шейкер для коктейлей (жидкость при смешивании в нем гуляет туда-сюда). Нам в радиоэлектронике нужно знать, как идёт ток в нашей цепи, чтобы получить от него то, что мы хотим.

Следующее, с чем я пошёл разбираться — полупроводники. Дырки? Электроны? Ключевой режим? Каскады? Полевой транзистор, то тот, который нашли в поле? Пока ничего не понятно…
Поделиться публикацией

Комментарии 122

    +8
    Интересно, что в моем случае понимание процессов было нативно, без привлечения аналогий с водой и т.п. Здесь такой подход сродни приумножению сущностей, но можно и так. В любом случае, желаю вам успешного продолжения познания!
      0
      Спасибо, теперь все зависит от свободного времени =)
      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
          +1
          Мне кажется вы несколько преувеличиваете. Для простого понимания вполне достаточно учебника по электротехнике для ВУЗов и техникумов — там все обычно на пальцах разжевано. Все же речь идет не о профессиональной деятельности, а о хобби.
          Лично мне еще не приходилось учитывать подвижность носителей зарядов, глубины потенциальных барьеров и т.п. вещей при прикидке, к примеру, усилительного каскада, здесь достаточно табличных значений и графиков из паспорта транзистора.
          • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
      +20
      Переменный ток, как таковой в радиоэлектронике используется редко. Его как минимум делают постоянным и в большинстве случаев снижают.

      Думаю, что разработчики приводов двигателей, радиопередающей аппаратуры, аудиотехники, и прочего так не считают.
        +2
        Вообще постоянный ток редко где используется, так к слову. В том числе и радиоэлектронике. Импульсные БП, вся аналоговая техника и т.п.
          +3
          Напомнило байку о первом атомном реакторе. В номерном городе сделали установку на лампах, которая вытаскивала стержни по сигналу постоянного тока. Как-то решили задачу дрейфа нуля. Привезли в Москву на демонстрацию. Шеф спрашивает: «плюс с минусом не перепутали» — «Да нет, сам бегал проверял!». Запустили. Установка пошла в разнос — таки перепутали. Солдатик по голосовой команде перерезал трос. Следующая версия установки была уже на переменном токе.
            0
            А если поставить на вход диодный мост, что бы не бояться перепутать?
              +1
              Диодный мост — не всегда приемлемое решение в качестве защиты от перемены полярности. Если речь идет о питании — то на нем как минимум падает напряжение 1.4В, что ухудшает кпд. Если это какая-то сигнальная цепь — то смещение 1.4В может быть слишком большим при заданных требованиях к точности передачи сигнала.

              К тому же, во времена радиоламп диодных мостов не существовало в природе!
              +2
              Был я на первом (в СССР) реакторе, привод стержней ручной у него (да и в разнос он пойти не может).
              +4
              Совершенно верно. У Хоровица и Хилла на первых же страницах написано:

              «There are two quantities that we like to keep track of in electronic circuits: voltage and current. These are usually changing with time; otherwise nothing interesting is happening».

              «В электрических цепях есть две величины, за которыми мы хотели бы следить: напряжение и сила тока. Они обычно изменяются с течением времени; в противном случае в цепи не происходит ничего интересного»
            0
            Это прекрасно. Спасибо. Некоторые вещи стали на свои места)
              +5
              Переменный ток, как таковой в радиоэлектронике используется редко. Его как минимум делают постоянным и в большинстве случаев снижают.
              Чтобы потом как правило сделать снова переменным.
                +4
                С транзисторами тоже всё очень просто… всякие там электроны дырки… это все фигня, это уровень физики и можно почитать как худ.лит. если ты не разработчик транзисторов.
                Транзисторы, да и вообще полупроводниковые элементы лучше изучать как черные ящики. Напряжение ток мы уже знаем что такое осталось понять как реагирует черный ящик на подаваемое напряжение и ток на его входы. четырехполюсник.
                  0
                  Или например, с операционником — та же фигня. Даже еще проще — чего там.
                  Тут, как говорил доктор Ватсон:

                  — Конечно. Всё просто, все понятно… после того, как Вы мне объяснили…
                    +2
                    Я поддерживаю! Про дыры знать не обязательно. Я несколько раз в разное время подходил к пониманию работы транзистора, пока не взялся за Хоровица и Хилла, вторая глава — «Биполярные транзисторы». Со второго прочтения главы все стало на свои места.
                    +3
                    C «водяной аналогией» есть несколько проблем:

                    поля — молекулы воды взаимодействуют только соседка на соседку, а электроны могут влиять на другие электроны в проводнике на больших расстояниях

                    заряд — водяная аналогия описывает движение электронов, а движение ионов в электролите или дырки в транзисторе вы ей не опишете

                    дырявые трубы — аналогия обычно опирается на то, что «вода» откуда-то стекает / вытекает, с пониманием правила Киркгофа оно как-то не сочетается

                    дрейфовая скорость и сопротивление металлов — течению воды сопротивление создает трение об стенки труб, а электроны испытывают сопротивление по всему сечению проводника. И ещё — электроны в проводнике ползут со скоростью считанных сантиметров в секунду, если бы они летели со скоростью воды в трубе, то ток был бы огромным и провода бы светились/испарялись. Лучше уж представлять себе трубы, наполненные вареньем, а не водой.

                    квантовая механика — тут вообще проблема, аналогии с водой не построишь вообще.
                      0
                      течению воды сопротивление создает трение об стенки труб, а электроны испытывают сопротивление по всему сечению проводника

                      Сопротивление течению воды создает также трение слоев воды друг о друга. Если измерить скорость ламинарного потока жидкости по трубе — то она выше у центра трубы и плавно уменьшается по мере приближения к краям. Поэтому трение между слоями существует во всем объеме трубы и равномерно распределено по ее радиусу. Еще одна хорошая аналогия: сила вязкого трения пропорциональна скорости течения воды, что совпадает с законом Ома (напряжение на резисторе пропорционально силе тока). Этот эффект используется в гидравлических амортизаторах.

                      Ну а турбулентное движение воды — там вообще все страшно сложно, там теория хаоса, нелинейные эффекты и прочие радости, которые даже на физфаке не изучаются, а только на специальностях типа «гидроаэродинамика» узкоориентированными специалистами.
                        +1
                        поля — молекулы воды взаимодействуют только соседка на соседку, а электроны могут влиять на другие электроны в проводнике на больших расстояниях

                        молекулы воды взаимодействуют со скоростью звука в воде, а электроны со скоростью света, так что аналогия вполне себе. Средняя же скорость упорядоченного движения электронов как и поток воды вообще может быть очень маленькой — несколько мм/с.

                        Картинки с баками воды, демонстрирующие аналогии между потенциалом и давлением не совсем удачные. Даже при заткнутой пробке — внизу трубы давление воды будет больше чем у поверхности в баке, так что разность давлений есть, а разности потенциалов не будет. Трубу можно рассматривать как горизонтальную, с одного конца которой под давлением постоянно поступает вода, а с другого вытекает.
                          0
                          а электроны могут влиять на другие электроны в проводнике на больших расстояниях

                          Некая аналогия поля — вибрации и деформация окружающей среды. Хотя металлическая труба является, своего рода, изолятором вибраций. А вот если взять очень эластичную трубку из пленки — вибрации и деформация окружающей среды более значимы.

                          Причем переменный ток воды будет вызывать вибрации определенной частоты. Ну и звуковые волны на десятки метров.
                          +2
                          Хорошо так переменный ток стороной обошли. Как же объяснить реактивные сопротивления и причины косинуса фи, а так же опережения или отставания тока?

                          Но в целом лучшее объяснение электроники. Сюда добавить всякие конденсаторы, индуктивности и законы Киргофа.
                            0
                            Переменный ток очень легко — вместо постоянного течения воды в одном направлении, попеременная смена направления (то в одну, то в другую сторону).
                              0
                              Ок, а как тогда будет проявляться реактивная составляющая?
                                0
                                Емкость можно представить в виде бака с упругой мембраной (нечто типа гидроаккумулятора, но со входом и выходом, на входе разряжение, на выходе сжатие). Очевидно, что при подключении к замкнутой системе переменного водного тока такой бак будет иметь реактивное сопротивление.

                                С индуктивностью мне сложнее подобрать аналогию, так как тесно с ними не работал.
                          +38
                          Самое внятное объяснение:
                          image
                          0
                          offtop
                          У меня была преподавательница ТОЭ, которая любила встать в центре аудитории, напрячься и с красным лицом орать: «ТОК ЭТО ВОДА!!111одинодин». Честно говоря, с тех пор я вздрагиваю, как слышу такое определение.
                            +5
                            Счётчик воды и амперметр — плохая аналогия. Счётчик воды считает определённый интеграл, а амперметр показывает текущее значение функции тока.
                              +3
                              Бывают еще расходомеры. Вот они — точная аналогия амперметра.
                              0
                              Я начинал с книг Айсберга, но это было давно. Тем не менее, вряд ли что лучше появилось)))
                                +2
                                Да, «Радио это просто!» так кажется. Айсберг — хорош, как популяризатор.

                                Что до практики: Хоровиц и Уил «Искусство схемотехники» — многими почитается как «библия электроники».
                                  +1
                                  Да у него куча книг, первая была таки «Радио», а потом и «Транзистор» и «Телевидение». Вот там на понятных аналогиях типа «воды и труб» все объяснялось. А там мне попался Войцеховский со своими игрушками и практика сама собой пошла)
                                    0
                                    Войцеховский! Ну, конечно же. Поляк. Толстая черная книга залистанная до дыр. Поток чистой практики. Теории как таковой нет, зато какой кладезь идей и стимулятор фантазии!
                                    Сейчас, конечно, выглядит динозавром, но полистать приятно.
                                    www.hobbycnc.ru/docs/Voycehovsky_Radioelektron_Igrushki.djvu
                                      +1
                                      Вай, у меня была такая! Помню, брал её через друзей-друзей-друзей, неделю бегал за ней. С литературой проблема была.
                                      (я тогда даже в фантастических мечтах не мог подумать, что она может вот так прилететь к тебе за секунду :) )
                                +1
                                Аналогия между переменным током и трубопроводом можно провести элементарно, если представить в виде источника реверсивный крылатчатый насос, который меняет направление перекачки с определённой частотой. Вместо воды по трубам должна течь жидкость с более высокой вязкостью (типа гидромасла или чего-то более низкофракционнопроизводного от нефти).

                                А так — вполне. Для простой электротехники достаточно.
                                  +1
                                  Теперь придется объяснить что такое «реверсивный крылатчатый насос» и основы гидродинамики.
                                  0
                                  Большое спасибо, за комментарии! Честно, говоря не ожидал.
                                  Безусловно большинство из Вас правы — электричество и его взаимодействия глубокая и серьезная тема. По переменному току я действительно сплоховал, оставив за бортом как минимум всю цифру — обещаю исправиться )
                                  С другой стороны, если начать сильно углубляться в теорию можно так и остаться теоретиком. Я скорее практик и пока цель сделать руками хоть что-то, причем самому, а не копировать бездумно схемы и мануалы, совершенно не понимая что они означают и как это работает)))
                                    +2
                                    Первая моя цель, прямо как по книгам — аналоговый радиоприёмник, а там пойдем и в цифру.

                                    Не хочу Вас разочаровывать, но как бы не оказалось, что слушать нечего будет. На СВ вроде даже Маяк перестал вещать.
                                      0
                                      Ну почему же, можно послушать индустриальные помехи. :)
                                        0
                                        Зато фантазия будет развиваться
                                        +1
                                        Тут тонкая грань между теоретиком и успешным практиком. Отклонение от баланса в любую сторону не очень хорошо :)
                                        +2
                                        Мне помогла разобраться с основами книга Электроника для начинающих Чарльза Платта. В начале описываются самые основы, в конце уже разбирается программирование микроконтроллеров. Очень доступно, упор на практику, но теория тоже кратко излагается. В качества приятного дополнения, к книге можно купить готовые наборы, чтобы не бегать по магазинам.
                                          +1
                                          Хабр такая крутая штука. Почему нет похожего сообщество для железячников?
                                          Может кто-то знает профильные ресурсы для электронщиков, где иногда появляются статьи от других электронщиков про то как начать программировать на пальцах?
                                          И вообще, было бы здорово, если бы на хабре чаще появлялись крутые статьи про электронику для инженеров.
                                            +2
                                            Для железячников есть форумы, но они любительские. Возможно, это потому что составляющие для инженерных железяк стоят дорого, а для написания программ нужен только компьютер и доступ в сеть. Присоединяюсь к вопросам и предложению.
                                              +1
                                              Есть нормальные профессиональные форумы, любители там тоже тусуются, и вообще люди с очень разным уровнем и интересами, например, electronix.ru. Там вы можете найти кучу ссылок на другие ресурсы.
                                              А статьи для инженеров, например, можно почитать здесь: http://www.kit-e.ru/
                                                +1
                                                Спасибо за ссылки, первый сайт я вроде бы даже когда-то посещал, а журнал по второй ссылке выписывает библиотека в конторе, правда, бумажный, в местную сеть только сканированное оглавление выкладывают. Обычно форумы приходится искать при возникновении проблем, и поиск, как ни странно, часто приводит на Хабрахабр. Не то здесь форум большой очень, не то местные специалисты по IT умеют продвигать ресурс :)
                                                +1
                                                но они любительские

                                                Скорее тематические, например ремонтной направленности, эмбеддеда, любительской и т.д. И там везде профессионалов не мало.
                                                +4
                                                Давно уже есть: we.easyelectronics.ru/
                                                И форум там же. А форумов вообще навалом.
                                                  +1
                                                  Оттуда по программированию STM32 информацию скачивал, хороший форум, но «железячный» он, по-моему, только с точки зрения программиста :) Впрочем, возможно я несколько замшел в своих представлениях, когда-то ведь и триггеры в виде гибридных ИМС были по сравнению с триггерами на дискретных элементах уже готовым дивайсом :)
                                                  +1
                                                  Web 1.0 вариант пойдёт?
                                                  неплохой сайт/форум для любителей radiokot.ru/start/
                                                    +1
                                                    Хабр такая крутая штука. Почему нет похожего сообщество для железячников?
                                                    Вы сейчас договоритесь, ещё кусок от Хабра отпочкуют.
                                                      +1
                                                      Набрел недавно на канал с вузовскими лекциями:
                                                        +1
                                                        Да, канал отличный. Давно на него подписан.
                                                      +2
                                                      В принципиальных схемах соединение проводников обозначается точкой. Если точки нет, значит и соединения нет.
                                                        +3
                                                        Еще полезно знать про внутреннее сопротивление источника. Если замкнуть источник, мощность будет выделяться внутри источника. Грубо горворя, зная сопротивление источника, можно прикинуть как сильно он бабахнет :)
                                                          0
                                                          Знакомый переполюсовал LiPo, пытаясь подключить параллельно два аккумулятора. Внутренне сопротивление источников оказалось гораздо меньше, чем сопротивление разъема. Он вспоминает об этом так: «Сижу и думаю, а что это был за хлопок? И куда подевался мой разъем?». Ни одна характеристика аккумулятора не пострадала.
                                                            0
                                                            «Ой! А что это так бумкнуло?» (С) Пятачок
                                                          +1
                                                          Может кому пригодится но 2 недели назад на edX начались два курса по теме: MITx: 6.002x Circuits and Electronics и UTAustinX: UT.6.02x Embedded Systems — Shape the World. В первом упор на теорию во втором на практику.
                                                          Скоро еще начнется 6.004.1x Computation Structures: Digital Circuits и один в архиве по теории MITx: 8.02x Electricity and Magnetism
                                                            +1
                                                            Есть хорошая книга для начинающих, автор Сворень Р. А.
                                                              +1
                                                              Я по себе помню — пошел в радиокружок классе в 8-м. В это время в школе был пройден закон Ома для участка цепи. И вопрос понимания «на пальцах» что есть ток и что есть напряжение — для меня встал остро. Вроде формула простая. Что такое ток — еще можно понять из соображения, что это «упорядоченное движение заряженных частиц». То есть — больше электронов бежит по проводу- больше ток. Но было совершенно непонятно что такое напряжение и как оно связанно с током (не формула, а качественно). Пошел к отцу за вопросом — получил ответ «разность потенциалов». Такое определение мне ничего не дело тоже, так как в школе понятие потенциала вводится гораздо позже. У меня — в 10 классе. И вот когда я для себя пытался понять смысл этих величин — представлял что-то типа водопада. Его высота — напряжение, а ток — струя. В конечном счете, все правильные связи напряжения с потенциалом и энергией получил, прочтя второй том учебника Ландсберга.
                                                                +1
                                                                Я еще в младших классах собирал простейшие конструкции. Не было никакой литературы, кружки закрылись (середина — конец 90-х). Достаточное количество минимальных знаний приобрел в колледже на втором курсе. Я считаю, сегодня необходимо развивать обучение электронике. Наши дети просто обязаны понимать как работает их карманный телепорт.
                                                                  0
                                                                  У нас в школе сначала вводили понятие потенциала (в электростатике), а потом уже, через него — напряжения. Правда, это не добавило понимания. Понятие потенциала имеет тот недостаток, что определено с точностью до постоянного слагаемого, т.е. его абсолютная величина не имеет физического смысла, а имеет такой смысл только разность потенциалов, т.е. напряжение, но тогда получается порочный круг.

                                                                  Вот как сыну объяснить, что такое напряжение? Я бы пытался сказать, что это нечто вроде степени стремления зарядов переместиться от плюса к минусу. Ближайший механический аналог — сила, давление. У кого есть еще идеи?
                                                                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                                      +2
                                                                      Попробуйте показать сыну вот это:
                                                                      1) Сила тока.
                                                                      2) Напряжение.

                                                                      Заодно можете посоветовать учителю своего ребёнка воспользоваться вот этими материалами на уроках. Очень помогает. Ну и сами посмотрите, если интересно будет. Может поможет при объяснениях ребёнку.
                                                                        +1
                                                                        Ой, а косяков-то в флешках… Вольтметр ведёт себя как амперметр (сгорает при подключении источника, и через него горит лампа), ну и другие :)
                                                                          +2
                                                                          Сделайте полностью достоверную модель :) В этих флешках главное, имхо, показать, как правильно и дать понять, что при «неправильно» будет плохо. Хорошо, что они более-менее правильно показывают происходящее при «правильном» подключении и их не надо делать самому! В далёком 2004-м мне такое приходилось создавать самому :(
                                                                          Зачем такие флешки, когда проще взять приборы и «вживую» всё посмотреть? А если приборов нет? А если приборы есть, но они маленькие и детям тупо не видно, что там на столе у учителя происходит? Это мне хорошо, у меня в классе есть документ-камера, которой я вывожу на большой экран все демонстрашки со своего стола. Но, как показывает общение с коллегами, такая камера есть буквально в паре школ города…
                                                                            +1
                                                                            Я же смайлик поставил, понимаю, что не полноценный симулятор. Конечно такие вещи нужны и важны.
                                                                              +1
                                                                              Простите, смайлик я понял. Но уж больно тема образования для меня, как учителя, болезненная. Не могу не отреагировать. И да, я тоже смайлики поставил. Простите, если обидел или расстроил. Не имел такого намерения!
                                                                              +2
                                                                              Зачем такие флешки, когда проще взять приборы и «вживую» всё посмотреть?

                                                                              Обязательно нужно брать приборы и смотреть «вживую».

                                                                              Я считаю, что реально поставленный опыт имеет гораздо большую педагогическую ценность, чем тысяча наглядных флешек. Все-таки флешка — это мультфильм, а школьник уже понимает, что в мультфильме можно нарисовать что угодно. К тому же все идеализировано, нет ограничений реального мира. Если доведется собирать живой стенд для опыта — такая «наука» по флешкам поможет мало.

                                                                              А если приборы есть, но они маленькие и детям тупо не видно

                                                                              А собрать детей вокруг стола? Или их в классе слишком много?

                                                                              Как сейчас помню, у нашей физички были большие приборы. И всем все было видно. А еще на каждой парте был порт электропитания, он включался и использовался на лабораторных работах. Учительница раздавала провода и т.д., а мы собирали и включали схемы. Сейчас понимаю — как же нам повезло и как это было важно!

                                                                              А в физику я влюбился на первом же уроке, когда учительница, совершая, так сказать, обзор по новому предмету, показала живую электрофорную машину, высекающую разряды между шарами. Бабах! Весело!
                                                                                +3
                                                                                Обязательно нужно брать приборы и смотреть «вживую».
                                                                                Напоминаю, далеко не во всех школах есть демонстрационные приборы по всем темам.

                                                                                Все-таки флешка — это мультфильм, а школьник уже понимает, что в мультфильме можно нарисовать что угодно.
                                                                                Именно поэтому я стараюсь показывать одновременно и флешки, и живые эксперименты. Чтобы дети видели, с одной стороны, разницу, а с другой стороны, видели правдивость флешек (хоть и идеализированную).

                                                                                А собрать детей вокруг стола? Или их в классе слишком много?
                                                                                В моих классах 20-26 учеников. Иногда за урок показываешь 5-7 демонстраций. Каждый раз эту толпу заставлять вставать вокруг вот такого стола в таком классе? Они там не поместятся все (проверено), да и бегать каждый раз задалбывает. Приходится выкручиваться, но не у всех учителей есть такое.

                                                                                Как сейчас помню, у нашей физички были большие приборы. И всем все было видно. А еще на каждой парте был порт электропитания, он включался и использовался на лабораторных работах.
                                                                                У моей тоже были. К сожалению, с тех пор прошло много лет. Даже замечательные советские приборы выходят из строя, а заменить их очень часто либо нечем, либо не на что. Прошлым летом я потратил почти половину своего отпуска на ремонт в классе: поменял полы, парты, переделал всю проводку, установил нормальный современный трансформатор 220-42 В. Теперь в моём кабинете тоже проводятся лабораторные по электричеству, чего не было уже несколько лет до того (я всего второй год, как вернулся в школу).

                                                                                А в физику я влюбился на первом же уроке, когда учительница, совершая, так сказать, обзор по новому предмету, показала живую электрофорную машину, высекающую разряды между шарами. Бабах! Весело!
                                                                                Я «бабах!» для 7-х классов делал с помощью самодельного лазера и воздушного шара :) Да и вообще, постоянно стараюсь им что-то интересное показывать и рассказывать. Пока вроде ребятам физика нравится. Хотя с 10-11-ми классами тяжко :(
                                                                                  +1
                                                                                  Посмотрел ваши видео. Восхищаюсь вашей преданностью делу. Побольше бы таких учителей!

                                                                                  Идея с документ-камерой и проектором — отличная. Заслуживает внедрения во все физические кабинеты.

                                                                                  А почему с 10-11 классами тяжко? Что вызывает у них затруднения или отсутствие интереса?
                                                                                    +2
                                                                                    Спасибо за добрые слова. Приятно.

                                                                                    Пару слов про документ-камеру ещё заодно уж. Как мне кажется, в кабинете физики можно было бы отказаться от проталкиваемых сейчас повсюду интерактивных досок в пользу большого экрана и д-к.

                                                                                    А с 10-11 классами всё просто — я их учу всего лишь второй год. До этого 2 года у них вели физику совместители, которые были, мягко говоря, «ниочень» (так говорит и администрация, и сами дети). В результате к физике у них отношение не самое лучшее. Стараюсь показать им на уроках, что физика — это интересно, здорово и вообще шикарно, но получается не со всеми. Есть несколько человек, которые стали лучше относиться к предмету и понимать его/работать на уроке, но таких единицы. Остальные же… И вот тут выплывает вторая проблема: большинство пошло в 10-11 класс непонятно за чем! Они не хотят учиться, школа для них каторга и убийство времени, но при этом на уроки они (иногда) приходят и нервы всем портят. Противно то, что я обязан поставить им положительные оценки, как бы они не учились. Большинству приходится рисовать тройки за 2 слова из параграфа. Хорошо хоть откровенным двоечникам (у которых в 10-11 классе по 3-7(!!!!) предметам двойки за полугодие) можно ставить двойки. Плюс у многих проблемы с банальной таблицей умножения! Я уж не говорю про перевод мВ в В или работу со степенями 10-ки. Это для них вообще на грани нобелевской премии (для большинства).
                                                                                    Но тут, видимо, сказывается специфика нашей школы. Мы — маленькая окраинная школа, где учатся не самые сильные ребята города… Остаётся надеяться, что я вернулся в школу надолго и смогу как-то изменить данную ситуацию в лучшую сторону :)
                                                                                      +2
                                                                                      Противно то, что я обязан поставить им положительные оценки, как бы они не учились… Хорошо хоть откровенным двоечникам можно ставить двойки

                                                                                      Нда уж, это несправедливо, согласен. С одной стороны по отношению к вам (ставя незаслуженные оценки, вы как бы идете на сделку с совестью); с другой стороны — по отношению к двоечникам (они у вас получают оценки на общих основаниях); ну и те, кто тройки незаслуженно получает — к ним это тоже несправедливо (только в обратную сторону).

                                                                                      С другой стороны, эта практика сложилась давно и не только в России. На Западе тоже натягивают оценки. Потому, что, если ставить все оценки по справедливости — то большинство учеников придется оставить на второй год или исключить из института. А государству нужны хоть какие-то специалисты, если нельзя обеспечить, чтобы все были идеальные. Поэтому приходится натягивать. Мне в свое время тоже, как теперь понимаю, много троек натянули, но специалист из меня неплохой получился, в конце концов. Так что, может, оно и к лучшему. А двойки останутся по большей части пугалом, хоть как-то мотивирующим молодежь к учебе.

                                                                                      А жизнь потом всех расставит по своим местам. Впоследствии приходится сдавать экзамены без поблажек, когда никто тебе не обязан, и если заслужил плохую оценку — то и получишь ее. В прямом и переносном смысле.
                                                                                      Плюс у многих проблемы с банальной таблицей умножения!

                                                                                      Вот и я столкнулся с той же проблемой, когда пытался объяснять ребенку физику. Без математики в физике далеко не уедешь, а если ученик не может раскрывать скобки в выражениях или решать несложные уравнения — то приходится откатываться от объяснений того, что нужно в данный момент объяснить, к математике 4го класса. А еще я столкнулся с таким явлением, что человек сознательно придуривается и делает вид, что не знает простейшей математики, чтобы сорвать занятие и чтобы от него отвязались. Как с этим бороться — пока не придумал.
                                                                                        +3
                                                                                        А еще я столкнулся с таким явлением, что человек сознательно придуривается и делает вид, что не знает простейшей математики, чтобы сорвать занятие и чтобы от него отвязались. Как с этим бороться — пока не придумал.
                                                                                        Я делаю просто — ставлю 2 за такое. Задание было? Было. Справился? Нет. Получай два и свободен. Правда, при этом я стараюсь помогать тянуться тем, кто пытается учиться, даже если у него не получается пока. С одной стороны, ученики видят, что я не ставлю оценки «от балды», а только по делу. С другой, видят, что если хоть что-то пытаться делать, я всячески помогаю и иду на встречу, плюс подбадриваю оценками.
                                                                                        Может, я и не прав, но метод работает. В прошлом году воевал с 7-м классом, в котором дети ЗПР собраны. Не хотела пара ребят учиться никак, а остальные не сильно и могли. Вначале очень воевали мы с ними, двойки получали. Зато теперь я им почти на каждом уроке ставлю 5, т.к. они, в меру своих способностей, стали учиться! Они учат, они отвечают, они работают на уроке. А сколько радости у них на лице, когда они получают честно заработанную 4 или 5!
                                                                                        Очень надеюсь, что следующий 10-й класс (который со мной уже будет 3 года заниматься) будет лучше и заинтересованнее прошлых и учить их станет немного легче и веселее.
                                                                                          +2
                                                                                          Мда, мне бы в старших классах таких преподавателей :)
                                                                                          Я очень благодарен учителю математики — вот он был просто талант. Все остальные предметы своими силами, благо программа давалась очень легко, да и не требовали.

                                                                                          А физика интересовала с детства. «Занимательная физика» Перельмана зачитана до дыр, постоянные подписки на «ЮТ», паяльник в руках лет с 10, и прочее… Учитель — женщина — хорошая, добрая, но слабая как педагог. Меня практически не спрашивала, 5 постоянно. Выдвигали на олимпиады, и т.д.
                                                                                            +2
                                                                                            Если бы у всех нас в детстве были правильные учителя, может и жизнь была бы не такой скверной штукой? :)
                                                                                            На самом деле, у меня, как преподавателя, тоже куча проблем. 7-летний перерыв в пед. деятельности, когда я уходил сисадминить-эникеить, очень сильно сказался на моём знании физики. За ненадобностью большую часть институтских учений подзабыл. Теперь приходится и самому многое чуть ли не заново учить, да ещё и детям это объяснять. Зато скучать некогда.
                                                                                            Но я стараюсь придерживаться «центральной линии»: физика — безумно интересная, полезная, наглядная и красивая наука, которую надо знать хотя бы для того, чтобы легче было жить. И пытаюсь это объяснить, показать и доказать ученикам. Как получается — видно будет лет через несколько, когда прошлогодние 7-классники (которых я начал учить физике) закончат школу.
                                                                                            0
                                                                                            Я делаю просто — ставлю 2 за такое.

                                                                                            Вы учитель, вы можете поставить 2 и забыть. У вас есть и другие ученики, а вдолбить предмет в голову каждому вы не обязаны. С двойкой же — пусть родители разбираются, воюют с чадом.

                                                                                            А я помогаю родственнику, у которого проблемы с учебой. Тут стоит такая цель, чтобы направить человека «на путь истинный». Увещеваний в том, что это надо ему самому, а не мне, он не слушает. Проще всего его отправить, конечно. И тогда он добьется своего таким саботажем и будет еще чувствовать себя победителем. Вот что плохо. В школе с учителями он так же поступает. Естественно — весь в двойках. Но на мой взгляд — небезнадежный. Голова на плечах есть, агрессии чрезмерной нет. Надеюсь, что его еще можно подтянуть в учебе. Но что делать — не знаю.
                                                                                              +1
                                                                                              Мне кажется, тут всего два варианта:
                                                                                              1) заинтересовать его (все учителя обязаны заинтересовывать учеников, ага), показать, что это круто, здорово и интересно;
                                                                                              2) забить и забыть, потому что если ему это не интересно, то вы только зря потратите время.
                                                                                              Для «заинтересовать» могу посоветовать дать ему посмотреть какие-нибудь интересные фильмы про науку и околонаучные красивости. Например, мои ученики в восторге от периодических просмотров фрагментов сериала "Time Warp" (на торрентах есть оба сезона). Или сериал "Sci Fi" с Митио Каку. Попробуйте ему показать какую-нибудь классную штуку, которую можно с ним будет собрать своими руками… К сожалению, не видя человека лично мне сложно давать конкретные советы. И, к сожалению, не всех получается заинтересовать. Со многими приходится идти по второму варианту.
                                                                                                0
                                                                                                Спасибо! Обязательно попробую.

                                                                                                Тут еще такой момент, что родственник, хоть и саботирует занятия, но по крайней мере он не может от меня отвязаться, пока у меня есть время. И я поначалу терпеливо объяснял ему математику 4го класса и решал задания. В итоге он, который хотел отвязаться, тратил еще больше своего времени на занятия, которые вместо физики, которая для него более-менее актуальна и потому могла бы быть интересна, были заполнены уже знакомой ему и оттого скучной математикой. Что тут сказать — упрямый! Возможно, у меня просто не хватило терпения, и после нескольких таких эпизодов он бы понял, что ему же лучше активно работать, тогда и кошмар закончится быстрее, и можно будет играть в компьютер.
                                                                                                +2
                                                                                                Не удержусь :)
                                                                                                вдолбить предмет в голову каждому вы не обязаны. С двойкой же — пусть родители разбираются, воюют с чадом.
                                                                                                К сожалению, вы ошибаетесь. Сейчас учитель обязан всех учеников научить своему предмету, заставить их его полюбить и т.д., а все двойки учитель ставит сам себе. Потому что это учитель не научил, не смог заинтересовать, не смог найти индивидуальный подход к ученику. И плевать нашим чиновникам на то, что таких «индивидуальностей» в каждом классе по 20-30 человек и что за день учителю приходится проводить по 3-7 уроков, не считая прочей работы. У нас учителя — идеальные роботы, в представлении чиновников: зарплата не нужна, отдых не нужен, умеют всё и чуть больше, не болеют и личной жизни не имеют…
                                                                                                Простите, больная мозоль.
                                                                                                  0
                                                                                                  Что ж — если я ошибаюсь, тогда ваши советы тем более ценны!
                                                                                                  а все двойки учитель ставит сам себе. Потому что это учитель не научил, не смог заинтересовать

                                                                                                  Вы знаете, если бы я был учителем, я бы именно так и воспринимал двойки. Что это в первую очередь мне минус. И старался бы заинтересовать и увлечь всех.

                                                                                                  И пока в нашей стране есть учителя, которые так относятся к своей работе — то за нее можно не беспокоиться.

                                                                                                  Но непросто добиться этой цели. Вам, наверняка, виднее. Тут психология подростковая, надо очень тщательно выверять свое поведение, чтобы с ней совладать. Нужен талант, умение и крепкие нервы.
                                                                                                    +2
                                                                                                    Вы знаете, если бы я был учителем, я бы именно так и воспринимал двойки. Что это в первую очередь мне минус. И старался бы заинтересовать и увлечь всех.
                                                                                                    Судя по всему, мне ещё очень далеко до Настоящего Учителя. Потому что я считаю, что невозможно заинтересовать всех. И если человек ничего не хочет делать, как бы я вокруг него не плясал, то это именно его двойка, а не моя. Просто потому, что я сделал всё, что мог, а он не сделал ничего.
                                                                                                      +1
                                                                                                      Настоящий Учитель существует только сферический в вакууме, в Палате мер и весов в Париже. У вас есть опыт, вам виднее. Наверно, нельзя заинтересовать всех. Люди разные, и это хорошо, потому что работы в мире на всех хватит, и не каждый физик может быть хорошим руководителем, например.
                                                                                      0
                                                                                      Помимо портов, нам на время опытов осциллографы раздавали. На каждую парту! Это был ОМЛ-3М, потом я себе домой такой раздобыл. Было счастье!
                                                                                  0
                                                                                  Большое спасибо, это как раз то, что нужно! Напряжение определяется через работу и без привлечения понятия потенциала. Это гораздо доходчивее!
                                                                                0
                                                                                Еще можно попытаться определить напряжение через энергию. Напряжение — это работа, которую совершит электрическое поле над единичным зарядом при перемещении его из одной точки в другую. В случае источника тока, напряжение — это работа, которую совершит источник при перетекании заряда в 1Кл от плюса к минусу этого источника.

                                                                                Ну а поскольку работа совершается за счет изменения энергии, то напряжение — это по сути потенциальная энергия зарядов, находящихся на плюсе источника, деленная на величину этих зарядов.

                                                                                С потенциальной энергией всегда связана какая-то сила, которая стремится «реализовать» эту энергию. Так, сжатая пружина действует на удерживающие ее тела с силой; поднятое тело действует на опору или подвес. И чем выше потенциальная энергия — тем больше эта сила. То же и с напряжением. На заряды, находящиеся у плюса источника, действует сила, стремящаяся переместить их к минусу, и тем большая сила, чем выше напряжение.
                                                                                  0
                                                                                  Подумал еще раз. С физической точки зрения эти рассуждения во многом неверны, но где-то позволяют подобраться к интуитивному пониманию напряжения.
                                                                                    0
                                                                                    Брать за аналогию с напряжением силу — я бы не стал ни в кое случае. Сила это вектор и, вообще, силу очень хорошо можно сравнивать с напряженностью, так как помимо того, что это тоже вектор, напряженность — есть сила, действующая на единичный заряд, со стороны поля. Тут, вообщем-то, полная аналогия с законом всемирного тяготения: заряд — масса, напряженность — ускорение.
                                                                                    А касательно напряжения — если продолжать аналогию с водопадом, то я представил бы, как высоту водопада, или разность двух высот.
                                                                                      0
                                                                                      а так, если у меня когда-нибудь будут дети и у них в какой-либо степени проявится интерес к науке, то я, пожалуй, проведу небольшую лекцию от того, что такое электрический заряд, до связи напряжения с напряженность и работой. И если что-то надо будет совсем на пальцах дообъяснять, то уже тогда пойдут в дело аналогии.
                                                                                        0
                                                                                        Я недавно пытался объяснить азы электричества 15-летнему школьнику. Чем дальше я уходил от собственно токов и напряжений в область электрических зарядов, закона Кулона и потенциалов — тем меньше человек понимал, каким образом все это относится к явлениям, происходящим в электрических цепях.

                                                                                        Надо искать какой-то способ короткого и быстрого объяснения, чтобы не отклоняться далеко от конечной цели, иначе ученик потеряет нить рассуждения и интерес.
                                                                                          0
                                                                                          Надо просто идти не от, на первый взгляд более понятных токов и напряжений, а от их первопричины — зарядов и потенциалов.
                                                                                            0
                                                                                            Человек спрашивает меня о том, что такое напряжение, а я ему начинаю рассказывать о зарядах, полях и взаимодействии. Это слишком далекий уход от исходного вопроса. Еще и в занудстве можно обвинить.

                                                                                            Электрические заряды, их притяжение и отталкивание — это отдельная интересная тема. Но в электрических цепях они обычно прямо не фигурируют. Нет свободных зарядов, нет макроскопической области пространства, в которой они действуют друг на друга с силами и движутся. Сами заряды — микроскопические. Это еще надо отдельно объяснять, почему в электрических цепях у нас не притяжение и отталкивание зарядов, а токи, напряжения и сопротивление.
                                                                                              +3
                                                                                              Вам же в школе сначала рассказывают, что земля вращается вокруг солнца, а уже потом — почему. Так же и тут, ассоциации с водопроводами/пружинами более наглядны. Человеку изначально надо понять закон Ома, просто понять, что происходит в цепи при включении нагрузки, как всё это взаимодействует. Это очень простые вещи, они напрямую связаны с реальным миром, просто этого не видно!
                                                                                              И объяснить это без наглядного стенда бывает сложно.
                                                                                                0
                                                                                                просто этого не видно!

                                                                                                Если есть вольтметр и амперметр — то очень даже хорошо видно. А если осциллограф — то вообще все вопросы отпадают.

                                                                                                А вот электрических зарядов и сил взаимодействия между ними, действительно, не видно как с осциллографом, так и без него. Вот что затрудняет объяснение.

                                                                                                Даже опыты с электризацией не очень наглядные. Легко наэлектризовать пластмассовую ручку или расческу, она будет притягивать бумажки. Но бумажки-то никто до этого не электризовал! Как объяснить притяжение?
                                                                                                  +1
                                                                                                  Для демонстрации зарядов есть электроскоп:
                                                                                                  image


                                                                                                  А опыт с бумажками объясняется просто — натиранием предмета мы убрали с него часть электронов (или добавили, зависит от материалов), зарядив ее таким образом положительно (отрицательно).

                                                                                                  А бумажку — никто не трогал, электронов на ней столько, сколько требует химия соответствующего материала.

                                                                                                  Теперь, когда мы подносим предмет с избытком электронов (заряжен отрицательно), бумажка, у которой электронов достаточно, начинает отталкиваться.

                                                                                                  Когда подносим предмет с недостатком электронов, возникает притяжение (электронам на бумажке энергетически выгоднее сбежать на предмет, чем оставаться на своих местах).

                                                                                                  Такая вот физика, с привлечением химии и вариационных принципов.
                                                                                                    0
                                                                                                    Такая вот физика, с привлечением химии и вариационных принципов.

                                                                                                    Нечего сказать, очень наглядный и простой способ объяснить ребенку азы электричества!

                                                                                                    И как это приближает к пониманию напряжений и токов в схеме? Ведь для разработки (не говоря уже о понимании работы) многих электрических схем нет никакой нужды привлекать химию и вариационные принципы!
                                                                                                      0
                                                                                                      «Ребенок» — понятие растяжимое, способ объяснения (и количество информации, которое можно и нужно выдать) сильно зависит от возраста, степени развития и мотивации. Некоторые и в 12 лет могут усилитель на транзисторах по схеме из журнала собрать (вытравив платы) и наладить, а некоторые и в 20 не в состоянии типовик генератора пилы из даташита (пять деталек) на лабораторном стенде завести.

                                                                                                      Пример — замечательные книги Перельмана (не этого) (Занимательная Физика и другие) — в них практически нет формул, однако представление о явлениях они дают верное.
                                                                                                    0
                                                                                                    Если есть вольтметр и амперметр — то очень даже хорошо видно.

                                                                                                    При чём нужны несколько, для каждого участка цепи. И если всё это наглядно расположить — получится обучающий стенд, про который я и говорил, и которого как всегда нет в наличии, приходится объяснять «на пальцах»

                                                                                                    Осциллограф — для динамических процессов необходим, это уже дальше.
                                                                                            0
                                                                                            Брать за аналогию с напряжением силу — я бы не стал ни в кое случае.

                                                                                            Напрасно. Во-первых, в расчетах по методу электромеханических аналогий аналогом напряжения выступает именно сила. При этом совпадает запись формулы конденсатора (U=q/c) с законом Гука для сжатой пружины (F=-k*x), при этом аналогом заряда является перемещение.

                                                                                            Также получается прямая аналогия закона катушки индуктивности (U=L*dI/dt) и второго закона Ньютона (F=m*a), где аналогом индуктивности выступает масса, а аналогом ускорения является изменение силы тока.

                                                                                            Совпадают и формулы для энергии. Для конденсатора это E=c*u^2/2, для пружины E=k*x^2/2. Для катушки: E=L*I^2/2, что аналогично кинетической энергии E=m*v^2/2.

                                                                                            Для гидравлики или акустики вместо силы берется давление, а вместо силы тока — объемная скорость среды, вместо заряда — объем среды.

                                                                                            Привлечение именно таких аналогий позволяет во многом лучше понять работу конденсатора и катушки индуктивности.
                                                                                              +1
                                                                                              Цель этих аналогий — не объяснить ребенку суть происходящего, а, грубо говоря, заменить одни физические величины на другие, не изменяя при этом вида уравнения, описывающего систему.
                                                                                                0
                                                                                                Я готов внимательно выслушать ваши предложения, как лучше объяснить ребенку, что такое напряжение и другие электрические величины.
                                                                                                  0
                                                                                                  выше я советовал хороший учебник академика Ландсберга (второй том). Там мало формул. Много примеров из жизни. А главное — показана логика из каких соображений и каким образом ученые делали умозаключения о природе электричества. Я как-раз читал ее лет в 15. Все разложилось по полочкам.
                                                                                        +2
                                                                                        Считаю, что аналогии, тем более в физике, могут затрудняют понимание.
                                                                                          0
                                                                                          затруднять*
                                                                                            +1
                                                                                            Ну почему же? Аналогия LC-контура с пружинкой вполне хорошо работает на понимание. Стабильно используется в учебниках физики.
                                                                                              0
                                                                                              И более того, метод динамических аналогий до сих пор используется на практике, только в обратную сторону: для сложной акустической или механической системы вместо численного расчета зачастую громоздких дифференциальных уравнений составляют полную электрическую аналогию и изучают ее свойства, а потом переносят на исходную систему результат.
                                                                                                +2
                                                                                                Вы путете: в вашем примере подмена явлений сделана не для упрощения понимая, а для упрощения расчета. Это как набор различных матмоделей для атомного ядра, например. Все понимают, что они не отражают его устройсто, а просто упрощают расчет в границах применимости.
                                                                                              0
                                                                                              Как школьный учитель физики ответственно заявляю — всё с точностью до наоборот! Аналогии замечательно работают на уроках физики. Правда, всего должно быть в меру. Аналогии хороши в самом начале, для понимания основы какого-то процесса. А в дальнейшем от аналогий надо отходить, конечно же.

                                                                                              Например, моим ученикам очень понравилось такое объяснение электрического сопротивления (совсем дословно не вспомню, но смысл, надеюсь, передам): ваш класс — это свободные электроны. Вы бежите по улице (проводник). Вдруг перед вами оказывается остановка, полная людей. С одной стороны — стена дома, с другой — дорога с кучей машин. А вам очень надо в магазин за остановкой, где много вкусных конфет. Вы, в конце концов, пробежите через остановку. Но будете двигаться гораздо медленнее, да ещё и устанете, пока протолкнётесь через эту толпу. Так и электроны в проводнике: они сталкиваются с ионами кристаллической решётки, отдают им часть энергии и замедляются. Так и получается сопротивление.

                                                                                              Короче, аналогии нужны и важны, но, как и всё остальное, в разумных пределах, вотЪ!
                                                                                                +1
                                                                                                А потом после подобных объяснений многие думают, что электроны действительно движутся прямолинейно чуть не со световыми скоростями, а не медлено дрейфуют в проводнике.
                                                                                                По моему разумению нужно устранять причину непонимания а не пытаться заменить явление более простым. Я понимаю что в школе при малом количестве часов нужно добиться поверхностной успеваемости. Но последствия такого преподавания достаточно характерны. Объяснения физических явлений, тем более школьникам, требует глубокого понимая от самого преподавателя, и его способности допускать упрощения не во вред пониманию.
                                                                                                Я не наезжаю на вас, я просто делюсь мнением на основании своего опыта как ученика.
                                                                                                Впрочем, я предпочитаю самообразование.
                                                                                                  0
                                                                                                  Ну, я же привёл только кусочек объяснения, почти с мясом вырвав его из урока. Про скорость электронов мы говорили чуть раньше и ученики уже знают, что электроны двигаются медленно.

                                                                                                  А про то, как надо учить… Попробуйте объяснить десятикласснику, у которого проблемы с таблицей умножения(!!!), основы МКТ, уравнение состояния идеального газа и прочую термодинамику. К сожалению, наше образование сейчас в ужасном состоянии (во всяком случае, в школах небольших городов точно). Поэтому крутишься как уж на сковородке, лишь бы в головах учеников осело хоть что-то, похожее на знания по твоему предмету.
                                                                                                  Я не оправдываюсь, если что.
                                                                                                  0
                                                                                                  Вам должен понравиться текст на amasci.com/miscon/eleca.html — пишет тоже учитель. Дизайн сайта ужасен, но текст хорош; я его внёс в закладки для будущих объяснений ребёнку.
                                                                                                    +1
                                                                                                    Дизайн сайта ужасен

                                                                                                    Честно — побольше бы таких :)
                                                                                                      0
                                                                                                      Спасибо за ссылку. Как только повышу свой уровень владения аглицким — обязательно дочитаю до конца. Сходу тяжеловато мне пока. Сказывается почти полное отсутствие английского в школе (месяц есть — 3-5 нет) и великая Лень, мешающая выучить его сейчас :)
                                                                                                  0
                                                                                                  пишите дальше! но аналогии пожалуй действительно излишни
                                                                                                    0
                                                                                                    Рекомендую найти первый том книжки «Искусство схемотехники» Хоровица и Хилла. В упомянутые 80-е был в переводе издательства Мир, актуальности с тех пор не потерял.

                                                                                                    Да, и у вольтметров на принципиальной схеме одна нога должна быть к земле подключена, чтоб аналогия с манометром работала.
                                                                                                      0
                                                                                                      Мне интересно, как вы будете петлю гистерезиса с помощью краников и воды разбирать?)
                                                                                                        0
                                                                                                        Про гистерезис есть бородатый анекдот, разъясняющий суть явления:

                                                                                                        Директору зоопарка. Жалоба. От тов. Крокодила:

                                                                                                        Прошу переместить мой бассейн в связи с тем, что тов. Жираф всю ночь не дает мне спать: в полночь он начинает смеется над анекдотами, которые ему в обед рассказал тов. Обезьяна.

                                                                                                          +3
                                                                                                          Мне интересно, как вы будете петлю гистерезиса с помощью краников и воды разбирать?)

                                                                                                          Слив унитаза вполне себе гистерезисный, правда в одну сторону.
                                                                                                          +2
                                                                                                          Странно, что не упомянуты винрарнейшие книги Виктора Гавриловича Борисова.
                                                                                                          Кто хоть раз читал и видел иллюстрации тот влюбится в книгу.

                                                                                                            +2
                                                                                                            Ещё одно важное замечание — при рассмотрении расчёта напряжения и силы тока я не нашёл уточнений, что в замкнутой цепи на всех участках сила тока будет одинаковой.

                                                                                                            Откройте учебник Физика 8кл. Перышкин А.В (2013), беленький такой, на странице 111. Примерно в центре страницы русскими буквами написано:
                                                                                                            «В цепи, состоящей из источника тока и ряда проводников, соединённых так, что конец одного проводника соединяется с началом другого, сила тока во всех участках цепи одинакова
                                                                                                            Мы это буквально недавно на лабораторной с учениками проверяли. Вообще, если с пониманием физики проблемы — можно было бы начать со школьных азов: глянуть школьный учебник, хотя бы.

                                                                                                            P.S.: да, я помню слова своего институтского препода по физике о том, что «школьная физика настолько упрощена, что вас проще заставить её забыть и научить заново, чем переучить». Но, имхо, если всё так плохо с пониманием основ, то и пойти можно от этих основ.

                                                                                                            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                                                            Самое читаемое