Здесь может быть уместно такое сравнение: универсальный автомобиль для перевозки грузов — это грузовик с откидными бортами, на нём можно перевозить всё. Но для перевозки песка удобнее самосвал, для перевозки людей — автобус, для перевозки молока — автоцистерна. Мы пользуемся универсальным языком звучащих слов или осваиваем новые языки в зависимости от того, какую задачу нужно решить, что нужно описать — простую житейскую ситуацию «Я иду в школу», устройство машины или состав вещества. В первом случае удобен разговорный язык, во втором — язык чертежа, в третьем — язык химических формул.
Чтобы познакомиться с работающим электричеством, обязательно нужно освоить несколько новых языков. Чаще всего мы будем пользоваться языком электрических схем, которые с помощью условных обозначений могут детально описать самые разные электрические аппараты — от карманного фонарика до большой вычислительной машины. Освоив этот язык, вы будете легко и свободно манипулировать в уме электрическими схемами, не только понимая, но просто-таки чувствуя, что происходит в реальной электрической цепи.
Мы освоим также великолепный язык графиков, с его помощью удобнее всего рассказать о процессах, которые происходят в электрической системе. Очень удобен и язык простейших математических формул, он, в частности, помогает экономно и наглядно представить законы электрических цепей, показывает, от чего зависит та или иная характеристика и каким образом. Есть ещё язык спектров и язык векторных диаграмм, эти языки тоже окажут нам серьёзную помощь.
Вы сможете спокойно, без страха встретиться с любой незнакомой электрической техникой, если будете знать названные выше специальные языки, пусть не в очень большом объёме, но знать хорошо, мыслить на них. Освоение этих языков — задача не очень сложная, мы будем постепенно, шаг за шагом, решать её, всякий раз чувствуя себя увереннее и свободнее в электрическом мире.
ВК-10.Многое в этой книге излагается упрощённо, очень упрощённо и, возможно, даже слишком упрощённо. Делается это для того, чтобы читателю легче было получить представление о существе дела, об основных объектах, процессах и законах невидимого электрического мира. Иногда за этим первым упрощённым описанием следуют в основном тексте или на рисунках некоторые важные и более сложные подробности. Но, конечно, полную информацию нужно искать в серьёзных учебниках.
Т-8. Многое в книге излагается упрощённо, а кое-что очень упрощённо и, может быть, даже слишком упрощённо. Известный астрофизик Иосиф Самойлович Шкловский, рассказывая о своей работе, заметил, что ему, наверное, никогда не удалось бы успешно развивать свою науку, если бы он постоянно думал о чудовищных космических расстояниях или гигантских интервалах времени, которыми измеряются космические события. Работая, он думал совсем иными масштабами, оперировал образами, крайне упрощёнными, но зато удобными, такими, которые легко себе представить. Ну, скажем, Солнце он представлял себе как некий шар размером поменьше футбольного мяча. А иногда и нашу Галактику считал однородным телом, приравнивал её к своего рода плоскому Солнцу, хотя в Галактике десятки миллиардов похожих на него звёзд, а сама она в тысячи миллиардов раз больше Солнца. Чтобы почувствовать масштабы всех этих упрощений, напомним, что Солнце — это огненный шар диаметром 1,5 миллиона километров, что примерно в 120 раз больше, чем диаметр нашей планеты.
В нашем рассказе об электричестве очень часто будут встречаться подобные упрощения истинной картины: изменение масштабов, использование образов искажённых, но более удобных для обдумывания.
Мы будем, например, представлять себе атомные ядра и даже сами атомы маленькими шариками, этакими горошинами, песчинками или мельчайшими крупинками соли. А ведь всё это сложнейшие системы, собранные из множества разнообразных деталей, размеры которых невообразимо малы — в миллионы и миллиарды раз меньше той же пляжной песчинки.
Мы будем часто пользоваться простыми аналогиями, сравнивая, например, электромагнитные процессы с механическими: переменный ток с качелями или накопление электрических зарядов в конденсаторе с наполнением ведра водой. В то же время сходство между этими процессами чисто внешнее, их физическая сущность совершенно разная.
Мы, наконец, будем пользоваться привычными, житейскими словами, чтобы рассказать о сложных электрических или магнитных явлениях, будем, например, употреблять такие выражения, как «электроны быстро побежали», или «магнитное поле старается помешать нарастанию тока», или даже «атомное ядро не хочет отпускать электроны». Подобные выражения в книге встречаются настолько часто, что пришлось отказаться от традиционных кавычек, иначе страницы были бы просто переполнены этим типографским знаком. Иногда, чтобы привлечь ваше внимание, в основном тексте будет напоминание (Т-8) об этом важном разделе предисловия.
Все упрощения и искажения в книге делаются только для того, чтобы можно было думать о вещах сложных и непривычных, пользуясь знакомыми и понятными словами, образами, сравнениями. Чтобы облегчить познание нового, опираясь на то, что уже известно. Встречаясь в тексте с грубыми механическими моделями электрических схем, с сильно упрощённым описанием структур или процессов, с разного рода прыжками электронов или стараниями магнитных полей, нужно помнить, что всё это, так сказать, военная хитрость, необходимая для штурма крепостей непонятного. И что упрощённое описание какой-либо физической сложности — это не более чем упрощённое описание.
Т-9. Автор должен предупредить, что книга имеет серьёзный недостаток, его нельзя было избежать, но в будущем, надеюсь, удастся исправить. Уже с самых первых набросков плана книги автору стало ясно, что в ней не удастся рассказать об электричестве всё, что хотелось бы. Электричество с давних пор имеет, образно говоря, две основные профессии — оно работает в энергетике и в информатике. Сегодня применение электричества в информатике превратилось в гигантскую область науки, техники, технологии, эту область обычно называют радиоэлектроника, или просто электроника, она объединяет радиосвязь, радиовещание, телевидение, электронную автоматику, вычислительную технику, медицинскую электронику, радиолокацию, робототехнику и много других уже давно самостоятельных научных и технологических направлений.
Чтобы не переходить на скороговорку и не превысить разумный объём книги, для неё была выбрана традиционная структура учебников электротехники: в книге рассказывается об электрических цепях постоянного и переменного тока и об использовании электричества в энергетике. О применении электричества в информатике в таких учебниках, как правило, рассказывают очень скупо, а случается, вообще не вспоминают. И в этой книге электронике отдано сравнительно немного места (одна глава из двадцати), и тема эта введена главным образом для того, чтобы напомнить о её существовании. Электричество в информатике — это настолько большая и многообразная сфера, что даже не очень детальный рассказ о ней потребовал бы отдельной книги побольше этой. Автор надеется в обозримом будущем подготовить такую книгу, завершив тем самым начатый рассказ об электричестве.
Здесь, пожалуй, уместно признаться, что и эта книга, и планируемая следующая берут своё начало из одного источника — из учебной книги для радиолюбителя «Электроника шаг за шагом». Некоторые её разделы (приёмники, усилители, высококачественное воспроизведение звука, транзисторные схемы) отдельными изданиями начали выходить еще в 1959 году, в полном объёме книга впервые вышла в 1979 году и затем с дополнениями и изменениями ещё три раза переиздавалась, последний раз в 2001 году. За прошедшие годы электроника, конечно, стала неузнаваемой, но основные, учебные разделы книги вряд ли нужно считать устаревшими — электрический ток, как и сто лет назад, мы измеряем в амперах, а устройство атома упрощённо рассматриваем в веде некоторого подобия Солнечной системы.
Т-10. Читатель получает последнее и при этом самое важное предупреждение. Независимо от того, какую вы выберете последовательность знакомства с книгой, вам просто необходимо в числе первых познакомиться с разделом Т-195. Он посвящён некоторым воздействиям электричества на человеческий организм и содержит несколько чрезвычайно важных правил.
Когда имеешь дело с электричеством — шутки в сторону, даже безобидный обычно электрический аппарат может стать источником серьёзной травмы. Да что там травма — может привести к гибели человека. Ежегодно при взаимодействии с электричеством в мире гибнет почти 20 тысяч человек — страшная цифра. И, как правило, люди гибнут по-глупому: по неосторожности, по неграмотности или из-за неуместной удали. В большинстве случаев несчастья могло бы не быть, если бы соблюдались очень простые правила — правила техники безопасности.
Познакомьтесь с этими правилами, вникните в их суть, запомните их и неукоснительно соблюдайте — здесь лучше перестараться, чем недосмотреть.
На этом позвольте закончить наше несколько затянувшееся предисловие. Всё, что хотелось в нём сказать, сказано, все предупреждения сделаны, и можно отправляться в путь.
Глава 2Где живёт и как действует янтарная сила
Многие читатели решили познакомиться с электричеством, имея среди прочих желание получить какие-то практически полезные сведения. Может быть, даже научиться ремонтировать утюг или заряжать автомобильный аккумулятор. Но в электротехнике любые практические навыки ты набираешь спокойней, уверенней, если понимаешь суть дела, понимаешь его основы и истоки, иногда, казалось бы, совсем далекие от практики. Полезно, например, задуматься о том, почему греется розетка, в которую включён телевизор, и почему щёлкает выключатель при включении и выключении света. Или задуматься о том, что Вселенная родилась миллиарды лет назад в результате Большого взрыва, от которого наш мир получил нечто такое, что мы сейчас называем электричеством.