Теория цепей постоянного тока

Урок 1 — «Из чего сделан ток»

Закрывает разделы 1–4 книги 2: строение материи, проводники, изоляторы, полупроводники, свободные электроны, идея проводимости. Кирпич в финал: выбор материалов прибора — какой провод проводит, зачем изоляция, почему датчик и светодиод сделаны из полупроводника. Верстак: собери «пробник проводимости» (батарейка + светодиод + резистор) и проверь десяток предметов на проводимость; доведи до предела — воткни в изолятор и в короткое замыкание. Метафора урока: электроны — как толпа на площади, готовая сорваться с места. (развёрнут полностью в отдельном файле)

Урок 2 — «Ток и напряжение: сколько и куда»

Закрывает разделы 5–8 книги 2: заряд и кулон, электрический ток, $I=Q/t$, условное и электронное направление тока, напряжение как движущая сила, $V=W/Q$, DC и AC, символы источников. Кирпич в финал: «жизненные сигналы» прибора — что именно мы будем измерять и с какой полярностью. Верстак: мультиметром измерь ток через светодиод и напряжение на нём; на осциллографе Rigol DS804 посмотри «ровную линию» DC против «волны» AC от генератора; переверни полярность — увидь предел. Метафора урока: напряжение — высота башни, ток — сколько воды льётся.

Урок 3 — «Батарейки: собираем источник»

Закрывает раздел 9 книги 2: ячейки и батареи, соединение последовательно (растёт напряжение) и параллельно (растёт ток/ёмкость), ёмкость в А·ч, первичные и вторичные (заряжаемые) батареи. Кирпич в финал: источник питания прибора — сколько ячеек в ряд ради напряжения и сколько параллельно ради времени работы. Верстак: собери батарею 3×1.5 В последовательно (замерь ~4.5 В), затем параллельно (то же напряжение, но дольше держит нагрузку); нагрузи лампочкой и следи за просадкой. Метафора урока: ячейки — этажи водонапорной башни; выше башня — больше давление.

Урок 4 — «Сопротивление и провод»

Закрывает разделы 10–12 книги 2: удельное сопротивление $R=\rho\frac{L}{A}$, электрическое сопротивление, линейная и нелинейная ВАХ (резистор против нити лампы), проводимость $G=1/R$. Кирпич в финал: выбор сечения провода, чтобы он не грелся и не «съедал» напряжение; понимание, почему светодиод — нелинейная нагрузка. Верстак: измерь сопротивление разной длины и толщины проволоки (подтверди $R\propto L$ и $R\propto 1/A$); сними ВАХ резистора (прямая) и лампочки (загиб) — покажи кривую на осциллографе. Метафора урока: длинная тонкая труба душит поток; толстая короткая — пропускает свободно.

Урок 5 — «Закон Ома и делители»

Закрывает разделы 2–5 книги 3: закон Ома и треугольник $V,I,R$; резисторы последовательно ($R_T=R_1+R_2+\dots$) и параллельно; делитель напряжения и делитель тока. Кирпич в финал: схема считывания датчика (делитель напряжения) и токоограничение светодиода (закон Ома) — это сердце будущего прибора. Верстак: собери делитель напряжения из двух резисторов, замерь среднюю точку; замени один резистор на фоторезистор — увидь, как напряжение «дышит» от света. Рассчитай токоограничивающий резистор для светодиода и проверь. Метафора урока: делитель — как кран, что делит давление между двумя участками трубы.

Урок 6 — «Законы Кирхгофа»

Закрывает раздел 6 книги 3: первый закон (токов, KCL — сумма токов в узле равна нулю) и второй закон (напряжений, KVL — сумма напряжений в контуре равна нулю). Кирпич в финал: способ проверить, что многоветочная схема прибора «сходится» — ничего не теряется и не появляется из ниоткуда. Верстак: собери узел с тремя ветвями, измерь все токи мультиметрами — сумма входящих равна сумме выходящих; обойди контур и сложи напряжения — получишь ноль. Метафора урока: узел — как перекрёсток рек: сколько воды втекло, столько и вытекло.

Урок 7 — «Считаем сложную схему до пайки»

Закрывает разделы 7–8 книги 3: метод контурных токов (mesh) и метод узловых напряжений (nodal) на схеме с двумя источниками; для школьников — как система из двух уравнений, а не матрицы. Кирпич в финал: умение предсказать токи и напряжения в приборе до сборки, чтобы не палить детали наугад. Верстак: возьми схему с двумя батарейками и общим резистором, посчитай ток в нагрузке двумя методами, затем проверь мультиметром — совпадёт (в учебнике выходит 11.44 В на $R_3$). Метафора урока: контуры — как круговые маршруты автобусов по общей улице.

Урок 8 — «Чёрный ящик: Тевенен и Нортон»

Закрывает разделы 9–10 книги 3: теорема Тевенена (любая схема = один источник напряжения + одно сопротивление) и Нортона (источник тока + сопротивление), их взаимный пересчёт. Кирпич в финал: свернуть «батарея + провода + внутренние потери» в простую модель с внутренним сопротивлением $R_{EQ}$ — без неё нельзя согласовать нагрузку на финале. Верстак: для реальной схемы измерь напряжение холостого хода ($V_{EQ}$) и ток короткого замыкания ($I_{KZ}$), вычисли $R_{EQ}=V_{EQ}/I_{KZ}$ — ты «увидел» чёрный ящик изнутри. Метафора урока: любой сложный завод с улицы выглядит как одна дверь с одним давлением за ней.

Урок 9 — ФИНАЛ: «Согласование, мост и оживление прибора»

Закрывает разделы 11 и 13 книги 3: теорема о максимальной передаче мощности ($R_L=R_{TH}$, $P_{MAX}=\dfrac{V_{TH}^2}{4R_{TH}}$) и преобразования звезда↔треугольник (мост датчика). Кирпич в финал: согласовать нагрузку с источником, чтобы моторчик/пищалка отдавали максимум; собрать мост-датчик для тонкой чувствительности — и запустить прибор целиком. Капстон: каждый собирает автономный узел-датчик, настраивает его и снимает «подпись» работы на осциллографе Rigol DS804. Прибор оживает. Метафора урока: согласование — как подобрать насадку шланга: слишком узкая или широкая — струя слабая, «в самый раз» — бьёт дальше всего.