Почему на диоде 2 В, если источник даёт 12 В

Нет, оставшиеся 10 вольт не «проходят через диод» как отдельная порция. Напряжение — разность электрических потенциалов между двумя точками. Показание 2 В на первом диоде означает, что потенциалы его выводов различаются на 2 В. Через последовательную цепь течёт ток, одинаковый во всех её элементах в установившемся режиме.

Как представить ваши 12 вольт

Примем отрицательный вывод источника за 0 В. Тогда положительный вывод имеет потенциал +12 В относительно него. Если идти от плюса через первый диод с падением 2 В, после диода будет +10 В. После резистора с падением 8 В останется +2 В, а после второго диода с падением 2 В — 0 В.

Таким образом, вольтметр между выводами первого диода показывает 12 − 10 = 2 В. Между точкой после первого диода и минусом источника он покажет 10 В. Это две разные пары точек, поэтому оба показания верны. Сумма падений в замкнутом контуре равна напряжению источника: 2 + 8 + 2 = 12 В.

Что потребляет элемент цепи

Элемент получает электрическую энергию и преобразует её, например, в тепло или свет. Мощность вычисляется как P = U × I. Если ток цепи равен условным 10 мА, первый диод получает 2 × 0,01 = 0,02 Вт, резистор — 8 × 0,01 = 0,08 Вт и второй диод — ещё 0,02 Вт. Источник отдаёт 12 × 0,01 = 0,12 Вт; сумма совпадает.

Можно говорить о падении напряжения на элементе, но выражение «диод потребляет 2 вольта» легко создаёт неверный образ. Напряжение не является запасом вещества, а заряд не расходуется по дороге: в последовательной ветви один и тот же ток проходит через все элементы.

Как выбрать резистор и проверить макет

Резистор обычно задают сопротивлением в омах и допустимой мощностью в ваттах, а не как «резистор на 8 вольт». В вашем примере при токе 10 мА нужно R = 8/0,01 = 800 Ом. При другом сопротивлении изменится ток, а реальные падения на диодах тоже немного изменятся. Диод не является идеальным устройством с неизменными 2 В при любом токе.

Падение около 2 В может быть характерно для определённого светодиода в заданном режиме. Для обычного кремниевого диода или LED другого цвета оно может быть другим. Поэтому сначала берут рабочий ток и прямое напряжение из документации конкретной детали. Подбор ограничивающего резистора объясняется в учебном материале DigiKey по малоточным светодиодам.

Для опыта используйте низковольтный изолированный источник с ограничением тока. Вольтметр подключают параллельно интересующему элементу; режим измерения тока устроен иначе, и включать амперметр прямо поперёк источника нельзя — получится почти короткое замыкание. Меняйте соединения при выключенном питании.

Полезный опыт — оставить чёрный щуп на минусе и измерить четыре потенциала по схеме, затем измерить разности между соседними точками. Так видно, почему напряжение всегда относится к двум точкам, а падения по всей цепи складываются в напряжение источника.