你的第一个电路

现在是时候让电来做些有点儿用的事情了。为此，你将用到电阻器、发光二极管（LED）之类的东西。

以下是你需要准备的东西。

□ 1.5 V 的AA 电池，数量：4 节。

□ 装4节电池的电池盒，数量：1个。

□ 电阻器：470 Ω、1 kΩ、2 kΩ 或2.2 kΩ（2.2 kΩ 的比 2 kΩ 的更为常见，这个实验用哪个都可以）。数量：各1个。

□ LED，任何类型，数量：1个。

□ 弹簧夹，数量：3个。

背景知识

电磁学之父

安德烈·玛丽·安培于1775年出生于法国（图1-40），是一个数学神童。他主要通过在父亲的图书馆里自学，而成长为一位科学教师。他最著名的工作就是在1820年得出了一个电磁学理论，对电流产生磁场的方法进行了描述。他还制造了第一台测量电流的仪器（现在称作检流计），并发现了氟元素。

图1-40 安培发现，通过导线的电流会在导线的周围产生磁场。他应用这个原理第一个对电流（即安培数）进行了可靠的测量

预备工作

现在让我们来熟悉电路中最基本的元件——电阻。顾名思义，它阻碍电流的流通。你应该可以想到，其值用欧姆来度量。

如果你是通过讨价还价买来的电阻套装包，那么可能找不到什么说明性文字专门来告诉你阻值。这没什么，我们可以很容易地找出各个电阻的阻值。实际上，即使它们被清楚地贴上了标签，我也希望你亲自去核实它们的阻值。有两种方法确定阻值。

□ 使用万用表。这是学习阅读万用表读数的很好的练习。

□ 学习识别印制在大多数电阻器上的彩色代码。请参照“基础知识：解码电阻器”部分的指示。

在核实了电阻阻值之后，应该将它们归类放入贴有标签的小塑料元件盒中。就我个人而言，我喜欢Michaels连锁的手工艺品店里卖的盒子，不过你也可以从许多其他渠道找到自己需要的元件盒。

基础知识

解码电阻器

在有些电阻上面，人们通过显微打印技术清楚地标明了阻值，可以用放大镜查看。而大多数的电阻是采用条形的彩色码来表示阻值。这些色码的表示原理是这样的。首先，略去电阻本身的颜色。其次，先寻找一条银色或金色的色环。如果找到了，则将电阻的这一端转到右手侧。银色表示阻值的精度是10%以内，而金色则表示阻值的精度是5%以内。如果没有找到银色或金色的色环，则转动电阻，使聚集条码的一端在左。现在你将发现左端有3根色环。有些电阻有更多的色环，但我们这里只介绍最常见的情况。见图1-41和图1-42。

图1-41 在有些电阻上印有阻值，不过你也许得用放大镜才能读得出来。图中这个15 kΩ 的电阻器的长度不到0.5 in

图1-42 从上到下，电阻器的阻值依次为56 000 Ω（56 kΩ）、5 600 Ω（5.6 kΩ）和560 Ω。电阻器的尺寸告诉我们它能处理的功率数，而跟阻值没有任何关系。图中较小的电阻器的标定功率为0.25 W，中间较大的电阻器可以承受1 W 的功耗

从左边开始，第一个和第二个色环依据下面左表进行编码。

第三个色环有不同的意义，告诉你应该在前述的数字后面增加几个零，具体意义如下面右表。

请注意色码在上述两个表中的解读是一致的，以绿色为例，它意味着数值5（对于前两个色环）或5个零（对于第三个色环）。此外，彩色在上述两个表中的顺序也跟它们在彩虹中出现的顺序是一样的。

因此，色码为棕—红—绿的电阻器的数值为1-2，零的个数为5，相应的电阻值为1 200 000Ω，即1.2 MΩ。色码为橙—橙—橙的电阻器，其数值为3-3，零的个数为3，因此阻值为33 000 Ω，或33 kΩ。色码为棕—黑—红的电阻器，其数值为1-0，附加的零为两个，阻值为1 kΩ。图1-43给出了另外一些例子。

图1-43 在读取电阻器的阻值时，先转动电阻器，将银色或金色的色环转到右端，或者将色环聚集的一端转到左端。从上到下计，第一个电阻器的数值为1-2加5个零，即1 200 000 Ω（1.2 MΩ）；第二个电阻器是5-6 加1 个零，即560 Ω；第三个是4-7 加两个零，即4 700 Ω 或4.7 kΩ；最后一个是6-5-1加两个零，即65 100 Ω（65.1 kΩ）

如果遇到的电阻器有4个色环而不是3个（不算精度色环），那么前3个是数字位，第四个是零的个数。第三个数字色环使得阻值的表示精度更高。

弄糊涂了吧？绝对的！这就是为什么说用万用表来检测阻值更容易的原因了。不过要记住，万用表的读数可能会稍微偏离电阻器上标的阻值。这有可能是因为你的万用表不绝对精确，也可能是因为电阻器不绝对精确，当然也可能两个原因都有。只要误差在标称值的5%以内，对于我们的实验就不会有什么影响。

点亮LED

现在拿出一个LED，好好看看。老式的灯泡由于将电转换成了热而浪费了许多的电能。LED则精巧得多：它们几乎把所有的电能都转换成了光，并且寿命几乎是无限长（只要你使用正确就不会有事）。

LED对所获得电能的数量、获得的方式都十分挑剔。请永远遵从以下规则。

□ 从LED中伸出的较长引线必须获得较高的电压，另一条较短的引线必须获得较低的电压。

□ 长引线和短引线之间的电压差不得超过制造商给定的限制值。

□ 通过LED的电流不得超过制造商给定的限制值。

如果违反这些规则会有什么后果呢？好吧，下面我们就来寻找答案！请确保你使用的是新电池。可以将万用表设置在DC电压档来进行核实，让探针接触每节电池的两个端子。应该可以看到每节电池产生的电压都至少有1.5 V。如果读数稍高于1.5 V，应该是正常的。电池开始用时的电压都高于其额定电压，你继续使用下去，其电压就会慢慢变小。电池待在货架上未使用也会失去一部分的电压。

将电池装入电池盒（注意正确装入电池，电池的负端子应该压紧在电池盒的弹簧上）。使用万用表测量从电池盒的引线出来的电压。得到的电压至少应该有6 V。

现在选择一个2 kΩ 的电阻器。记住，2 kΩ 就是2 000 Ω。如果上面有色码，就应该是红—黑—红，意味着2-0 再加上两个零。由于2.2 kΩ 的电阻器比2 kΩ 的更为常见，如果需要，你可以用其中一种代替另一种。2.2 kΩ 电阻器的色码应该是红—红—红。

图1-44 实验3 的电路布局，其中可以看到 470 Ω、1 kΩ 和 2 kΩ 的电阻器。按照图示，用弹簧夹进行安全的连接，在同样的连接位置，每次换用一个电阻器，同时观测LED的发光情况

图1-45 这个图是实验的大致样子，其中用的是一个大LED。如果从最高阻值的电阻器开始，那么当连好电路时，LED的发光将十分微弱。电阻器上落下大部分的电压，留给LED的电压产生不了足够的电流，因而发不出明亮的光

将电池盒接入电路，如图1-44和图1-45所示，请使用弹簧夹来进行连接。你应该可以看到LED发光十分微弱。

拿掉2 kΩ 的电阻器，换成一个1 kΩ 的，其色码应该是棕—黑—红，表示1-0外加两个零。这时LED应该变得更加明亮。

拿掉1 kΩ 的电阻器，换成一个470 Ω 的，其色码应该是黄—紫—棕，表示4-7外加一个零。这时LED应该更亮一些。

这看似十分简单，却点出了一个要害，就是电阻器在电路中阻断了一部分的电压。可以将它想象成是软水管上的一个纽结或者一个狭窄的地方。阻值较高的电阻器阻断较多的电压，留给LED的就越少了。

清理与回收

在下一个实验中我们将重复使用这里的电池和LED。电阻器则可以留待将来使用。