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電子是當今的熱門話題，許多孩子們也期望了解并掌握這個重要技術的基本原理。本文是一個面向孩子們的基礎電子課程，將并以簡單有趣的方式教他們基礎知識，激發他們的興趣。 電子是當今的熱門話題，許多孩子們也期望了解并掌握這個重要技術的基本原理。本文是一個面向孩子們的基礎電子課程，將并以簡單有趣的方式教他們基礎知識，激發他們的興趣。 如今的電子電路是可編程的與往昔的電子電路不同，如今的電子電路增加了可編程性。例如，一個復雜的系統現在由自動裝置、指示器和傳感器組成，只需一個小型微控制器（MCU）即可創建，而在過去，則需要由數千個電子元器件組成的大型電路來實現。 因此，當下年輕人的邏輯能力非常接近自動系統的行為。 目前的學校為學生提供了許多學習新方法的時間，例如他們非常早就接觸到了數字，為學習編碼打下了基礎。此外還有SAM Labs（參見圖 1），這是一種獨一無二的編碼資源，是用于設計、構建和調整程序的實踐課程工具包，包括尖端編碼軟件、簡單的藍牙連接硬件等。它易于使用和理解，對于那些對電子設備、工程學及技術等方面感興趣的孩子而言是一個非常實用的啟蒙工具。讓學生提前對技術產生興趣并促使他們提出與技術運作相關的問題。
圖 1：創新而有趣的SAM Labs 學生可以使用SAM Studio基于模塊的拖放編碼來開發移動、點亮以及與環境交互的復雜系統。由于SAM模塊通過藍牙進行連接，新項目就可以移動、點亮和與環境交互。該方法使學生能夠快速輕松地創建和學習，從早期引入概念，并提供編碼和原型解決方案。學生可以使用編碼和原型解決方案快速輕松地創建和學習。甚至孩子們不會意識到自己正在學習科學原理。例如，Maker專業課程使K-8教師能夠支持他們的孩子進行基于活動的學習、探索和原型制作。 該公司提供了幾種工具包，每種工具包都有特定的用途，專門用于一定程度的知識基礎和難度。例如，兒童可以使用和編程交互式積木來執行某些任務，這些與樂高積木兼容的小型可編程積木，可通過藍牙連接到用戶的設備、計算機或平板電腦。帶有微型 USB 連接器的可充電電池為每個模塊供電。這些模塊由橡膠外殼保護，并且具有極強的抗沖擊性。這些模塊是無線的，不需要觸摸或用電線連接，不使用的模塊會被關閉，以便課程持續大約一周。 兒童電子很多孩子從六七歲開始就對電子產品產生了興趣，他們先是被閃爍的燈光、旋轉的電機和發聲設備吸引，在玩了幾分鐘他們最喜歡的玩具后，他們就進入下一個有趣的階段，即拆解，看看里面有什么。 這篇和后續的兒童電子系列文章將涵蓋非常基本的電子技術主題，完全安全。 只需遵循理論或使用真實的電子元器件創建實際連接，就可以很容易地理解電路，所有這些都是現成的，此外孩子們也可以向大人尋求幫助。小而簡單的實驗可以在有趣和安全的操作中點燃激情。開始執行電子組裝將需要工具和元器件（參見圖 2）。以下是最重要的列表：
圖 2：第一次實驗所需的物品 電路為了理解電子學的一些基本元素，有必要探討電路基礎的最小理論。事實上，電流是一種電子流，它以無限渦流的形式從發電機的一極流向另一極。電路是發電機、電導體和負載之間的物理連接。為了保證電子循環通過，一些條件是必不可少的：
為了更好地理解電路的概念，可以將其與液壓系統進行比較，如圖3所示。事實上，將電流和水流進行比較，可以使控制這兩個元素的概念和定律理解起來非常簡單——它們非常相似。
圖 3：電流和水流的相似之處 在圖中可以看到：
這些元件中有任何一個斷開，則不再有電子通過，電路開路。 點亮一個LED燈LED是一種通過讓特定數量的電子流過，進而產生光子（光）的器件。電流不是隨意設定的，所有參數必須使用基本的數學程序確定。下面的實驗是完全安全的，并解釋了一些基本的電子概念：
因此需要以下材料：
如上圖所示，建立了以下連接：
如果連接正確完成，LED 會立即以正常亮度亮起。如果電池或 LED 的方向接反，則不會亮起。此時若拆下電阻并將兩根松開的電線連接在一起，則會導致大量電子無限制地流向 LED，從而燒壞LED。 如何點亮兩個 LED下一步是點亮兩個或多個 LED 的步驟。事實上，這是一個非常簡單的操作，但要正確執行它，必須遵守幾條規則。 這個方案會與點亮一個LED的方案有所不同，在下面的案例中，讓我們來探索點亮兩個LED的正確方法。 不考慮使用兩個電池、兩個電阻和兩個LED的簡單解決方案的話，以下是可行的替代方案：
這兩種方法決定了電流在電路中的傳播方式，就像水網一樣（參見圖4中的兩種解決方案）。讓我們試著了解這兩種方法是如何工作的。
圖4： LED并聯和LED串聯。 這兩種電路都可以點亮兩個LED，但方式不同，讓我們看看怎么做。 在左邊的電路中（并聯），電流隨機地流過兩條不同的路徑：
在經過LED之后，兩部分電流會再次匯聚到相同的路徑上，返回到電池并重復該過程。 在右側的電路中（串聯），從電池中流出的電子流依次通過電阻器R3、LED D3和LED D4。在這兩個例子中，LED都能正常亮起，所不同的是電路的類型。 值得注意的是，在第一個示例中，電阻器R1和R2的值為180Ω，而在第二個示例中，電阻器R3的值僅為47Ω。 這就讓我們了解到，電阻值越低，通過電路的電子流就越高。 現在必須了解的是電路中電子循環的重要性。具體來說：
按照慣例，電子從正極到負極的方向移動，任何元器件中斷都會中斷這個過程，實際上，這個過程非常快，它們以大約 300,000 km/s的速度前進。大地（或地）的符號表示在這個電氣分支上，有一個0V的電壓。在并聯電路中，兩個分支是完全獨立的。如果我們斷開一個電阻器（例如R1）或一個二極管（例如D1），甚至通過將其倒置來反轉其極性，另一個分支將繼續工作而不會出現問題。然而，在串聯電路中，情況并非如此。兩個 LED 依賴于相同的電流，因此移除電阻 R3 或兩個 LED（D3 或 D4）之一即可中斷電路的運行。通常，照亮圣誕樹的燈是串聯的，一個燈泡燒壞就足以使整個電路無法使用。 練習在成年人的幫助下，嘗試創建紅綠燈的原型，如圖5所示。它是一個由三個LED組成的電路，每個支路分別并聯180Ω電阻器。與之前的接線圖不同，這張圖顯示了三個開關的存在，這樣就能使每個LED獨立打開和關閉。三個LED的顏色必須是紅色、黃色和綠色。組裝非常簡單，最有趣的是，這些玩具可以在家里自己制作。
圖5：交通燈電路圖 小結重要的是，不僅要仔細閱讀這篇文章，還要通過嘗試不同的電子電路將這些概念付諸實踐，即使犯錯誤也要敢于再次嘗試。 值得一提的使，盡管這些電子電路沒有風險，但孩子們最好在成年人的幫助下進行實驗。 電容器是最重要的電氣元件之一，我們將在兒童基礎電子課程的第二部分了解它的工作原理我們將從儲能功能方面對其進行探索，所進行的測試和實驗將側重于這一要素。 電容器是最重要的電氣元件之一，我們將在兒童基礎電子課程的第二部分了解它的工作原理我們將從儲能功能方面對其進行探索，所進行的測試和實驗將側重于這一要素。 電容器在第 1 部分中，我們了解了各種常見電子元件的功能。電阻器阻止電流流動，而LED二極管的功能就像一個燈泡，當電流（即使是非常小的電流）從其兩個引腳流過時，LED二極管則被點亮，但LED二極管必須的陰極與陽極必須安裝正確，不能顛倒過來。 在本文中，我們將介紹電容器的功能。盡管其電氣結構始終相同，但它是一種具有廣泛應用的獨特而迷人的組件。根據使用環境的不同，它具有不同的功能。在這里，我們將使用電解電容器作為容器和電能容器。電容器是一個有兩個導電極板的圓柱形元件。其連接必須遵守正確的方向，即正確的極性。 在內部，兩個相互靠近的導體，中間夾一層不導電的絕緣介質，這就構成了電容器。當電容器的兩個極板之間加上電壓時，電容器就會儲存電荷。 現在讓我們做一個簡單的實驗，就是要讓這個強大的容器充滿能量。測試需要以下項目：
現在遵循圖 1所示的各個階段，要記住，電流與水非常相似，而電容器則與水桶非常相似：
圖 1：電容器充電的階段 自然地，電容器將以自主和自然的方式非常緩慢地放電。這是由泄漏電流引起的，在所有電子元件中都是絕對正常的。 不使用電池點亮LED二極管正如我們所見，電解電容器可與電池相當，但它們的能量電荷要低得多，而且它們的效用有限。此外，電容器中可存儲能量的值由其“容量”決定。值越大，電容器可以容納的能量就越多。 讓我們看看如何使用電解電容器代替電池來點亮 LED 二極管。當然，首先要用上述步驟對電解電容器進行充電。圖 2 顯示了建議的接線和接線圖。要進行實驗，您需要以下材料：
如前所述，用電池給電解電容充電，然后按照電路圖連接 LED 二極管和電阻器。請勿將已充電電容器的兩個端子極板進行連接；可能會產生小火花。電解電容器提供電流，直到電流完全耗盡，使LED二極管瞬間亮起。不幸的是，由于電容器沒有足夠的面積來儲存更多的能量，光只能持續幾秒鐘。市場上有更大的電容器，但它們非常昂貴（超級電容器）。下方的圖表記錄了隨時間流過電路的電流。由于LED二極管的亮度會隨著時間的推移而降低，因此最好在黑暗中進行實驗。
圖 2：LED 二極管由電解電容器供電幾秒鐘。 結論在電子學中，電容器用于許多不同的目的，而不僅僅是為了存儲能量。這個組件也可以用來傳遞交流電，同時阻止直流電。當然，這個功能強大的電子元件最有趣的效果是在這個實驗中看到的。為了延長電路的發光周期，可以采用高價的超級電容器，或者可以增加電阻的值，但亮度會降低，或者可以用更大的電壓給電容器充電。 最好在成年人的幫助下逐漸接近電子設備，需要強調的是，為了確保兒童的安全，所有實驗都必須使用低壓 (4.5 V) 電池。 |
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