9. Электродвижущая сила Е (э.д.с.) генератора тем больше, чем сильнее «минус» выталкивает электроны и чем сильнее «плюс» тянет их к себе. Чем больше Е, тем большую работу может выполнить генератор, перемещая электроны от «минуса» к «плюсу».
10. Двигаясь в проводнике, электроны непрерывно наталкиваются на местные атомы (Т-8), встречают сопротивление проводника. Чем оно больше, тем труднее двигаться электронам, тем меньше ток.
11. В последовательной цепи ток поочерёдно проходит все препятствия, и общее сопротивление равно сумме всех сопротивлений.
12. На каждом участке последовательной цепи реально действует часть э.д.с. — это напряжение на участке. Чем больше сопротивление участка, тем автоматически больше напряжение (большая часть э.д.с.), которое ему достаётся, но во всех участках последовательной цепи ток одинаковый.
13. Увеличиваем сопротивление какого-либо участка последовательной цепи — и напряжение на нём растёт. Но сумма всех местных напряжений неизменна, это общая э.д.с. на выходе генератора.
14. Параллельно какому-нибудь сопротивлению подключаем второе, и общее сопротивление уменьшается. Если подключим маленькое сопротивление (по сравнению с основным) — общее уменьшится сильно, подключим большое — общее сопротивление уменьшится незначительно.
15. Одну и ту же мощность можно получить при большом напряжении и малом токе или при большом токе и малом напряжении. У автомобильной лампочки напряжение небольшое (12 В), а ток большой, у такой же по яркости лампочки для домашней электросети наоборот, напряжение немалое (220 В), а ток сравнительно небольшой.
16. Если к двум лампочкам подводится одно и то же напряжение, то мощность будет больше у той, у которой меньше сопротивление, — по ней идёт более сильный ток.
Не будем продолжать этот полезный список, его продолжит практика — освоение языка, как говорится, по ходу дела. Но несколько дополнений к «Списку образов» мы всё же сделаем. Они расскажут о том, что уже встречалось, но расскажут несколько иначе, применительно к иным схемным ситуациям. И это вполне нормально, в любом языке есть синонимы — разные слова, которые говорят о чём-то одном, но часто несколько по-разному.
Т-78. Последовательная цепь — делитель напряжения, параллельная — делитель тока. Любая пара соседних сопротивлений в последовательной цепи это, по сути дела, делитель напряжения. Он делит исходное, то есть подведённое к этой паре, напряжение в строго определённой пропорции — она повторяет соотношение самих сопротивлений. Подобрав элементы делителя, можно получить любое нужное напряжение, но, разумеется, оно всегда будет меньше, чем подводится к делителю. Чем меньше напряжение, которое нужно получить, тем меньше должно быть сопротивление, с которого это напряжение снимается.
Аналогично с помощью параллельно включённых сопротивлений можно в нужной пропорции разделить ток. Он разветвится обратно пропорционально сопротивлениям ветвей — чем меньше сопротивление ветви, тем большая часть общего тока в неё пойдёт.
ВК-89.Единая природа электричества и магнетизма стала основой для производства электроэнергии с помощью машинных генераторов. Путь к ним открыла электромагнитная индукция — в проводнике при его движении в магнитном поле наводится э.д.с. Это открытие было сделано в августе 1832 года, через 12 лет после того, как было обнаружено магнитное поле тока. Направление наведённой (индуцированной) э.д.с., то есть «плюс» и «минус» на концах движущегося проводника, определяется по правилу правой руки.
Р-29. В СХЕМАХ НЕКОТОРЫЕ АППАРАТЫ УДОБНО ПРЕДСТАВЛЯТЬ ОБЫЧНЫМИ СОПРОТИВЛЕНИЯМИ. Электрический чайник, плита или лампочка потребляют из электрической цепи определённую мощность и превращают её в тепло. Эта мощность в конечном итоге определяется сопротивлением электронагревателя в чайнике или светоизлучателя лампочки. В нарисованных схемах эти и многие другие приборы, как правило, можно заменить обычными резисторами. Блоки с большим количеством резисторов часто встречаются в электронной аппаратуре, при работе с ними нередко приходится подсчитывать их общее сопротивление или часть его. При последовательном соединении резисторов это довольно просто (3,4). При параллельном их соединении задача несколько осложняется, но тоже остаётся вполне решаемой (Р-30).
Т-79. Особые делители — шунт и добавочное сопротивление. Часто в делителе напряжения одно из сопротивлений — это сама нагрузка. Необходимое напряжение на нагрузке в этом случае можно установить, подобрав сопротивление остальной части делителя, обычно её называют «гасящее сопротивление», и это очень удачное название. Действительно, гасящее сопротивление как бы гасит излишек напряжения, берёт его на себя с таким расчётом, чтобы нагрузке досталось то, что ей требуется.
Аналогично можно пропустить через нагрузку необходимый ток, подключив параллельно ей сопротивление. Оно получило название «шунт» (в переводе с английского — «обходной путь»), а само подключение шунта называется шунтированием. Шунт включают в том случае, когда без него ток в нагрузке был бы слишком большим. Или, скажем иначе, шунтирование снижает ток через нагрузку, ответвляя в шунт часть общего тока. Чем меньше сопротивление шунта, тем сильнее шунтирование, тем меньшая часть общего тока достаётся нагрузке и тем большая его часть пойдёт через шунт. Слова «шунт», «шунтирование» можно встретить не только в электротехнике, в частности, хирурги производят шунтирование плохо пропускающих кровь участков кровеносного сосуда — параллельно им вшивают другие, исправные куски сосудов.
Т-80. Чтобы увеличить нагрузку, нужно уменьшить сопротивление нагрузки. Нагрузкой, если вы помните, мы назвали элемент цепи, который получает от генератора электрическую энергию и каким-то образом преобразует её с пользой для дела. В карманном фонарике нагрузкой служит лампочка, на её сопротивление расходуется энергия электрического тока, превращаясь в энергию света.
Может показаться, что выражение «увеличить нагрузку» означает «увеличить сопротивление нагрузки». Это, однако, ошибочное предположение, и ошибка происходит из того, что слово «нагрузка» имеет в данном случае два разных значения.
Одинаковые слова, но с разным значением есть в любом языке, они называются «омонимы». Мы уже говорили об омонимах, размышляя о разных значениях слов «сила», «ключ», «коса» (Т-46). В языке электротехники омонимами оказались два значения слова «нагрузка». Во-первых, нагрузка — это главный потребитель энергии электрогенератора, например лампочка, утюг, пылесос или мощный мотор электропоезда. Во-вторых, под словом «нагрузка» подразумевают ещё и саму электрическую мощность, которую генератор отдаёт своему потребителю. Когда говорят: «У городской электростанции вечером самая большая нагрузка», то имеют в виду, что наибольшую мощность станционные генераторы должны отдавать вечером. Если нужно увеличить сопротивление нагрузки, то, чтобы избежать путаницы, так и говорят: увеличить сопротивление нагрузки. А выражение «увеличить нагрузку генератора» означает «увеличить мощность, отбираемую у генератора».
Как увеличить эту мощность, если э.д.с. генератора изменить нельзя? Для увеличения мощности остаётся только один путь: нужно увеличить ток в цепи (Т-76). А как можно увеличить ток в цепи? Для этого, как учит закон Ома, нужно уменьшить сопротивление цепи, основа которого — сопротивление нагрузки. Вот и получается, чтобы увеличить нагрузку на генератор, увеличить потребляемую от него мощность, нужно уменьшить сопротивление нагрузки. Именно так и поступают специалисты, когда они говорят: «Нагрузка увеличилась», то это означает, что сопротивление нагрузки стало меньше и потребляемая мощность возросла.
ВК-90. При электромагнитной индукции наведённая э.д.с. Е зависит от трёх величин: от индукции В магнитного поля, от скорости v движения проводника и от его длины l. Чем больше индукция В, тем сильнее влияет магнитное поле на происходящие события, тем больше наведённая э.д.с. Она растёт и с ростом длины проводника l, при этом больше электронов взаимодействует с полем. И, наконец, э.д.с. растёт с увеличением скорости v проводника — именно его движение создаёт электромагнитную индукцию.
P-30. ОБЩЕЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ РЕЗИСТОРОВ ЧАСТО ОПРЕДЕЛЯЮТ В НЕСКОЛЬКО ЭТАПОВ. Такое бывает при параллельном соединении разных резисторов, когда их три и более. В этом случае, оказывается, проще двигаться к неизвестному пока общему сопротивлению последовательно, пользуясь очень простой формулой для подсчёта общего сопротивления двух разных резисторов, соединённых параллельно (3). Фольклор радистов и электриков называет эту формулу «произведение на сумму», так как два главных действующих лица в ней — это произведение двух параллельно включённых сопротивлений (числитель) и их сумма (знаменатель). Подсчитав по этой формуле общее сопротивление пары резисторов, в дальнейшем рассматривают их как одно уже известное сопротивление и подсчитывают общее сопротивление трёх сопротивлений, затем четырёх, пяти и так до полного расчёта общего сопротивления всей цепи. Чтобы этот простой процесс не показался сложным, на рисунке приведены примеры использования формулы «произведение на сумму» (1,4).
Т-81. Напряжение на выходе генератора всегда меньше, чем э.д.с., и оно падает с увеличением нагрузки. Настал момент вспомнить о невидимом, но непременном участке электрической цепи — о внутреннем сопротивлении генератора Rвнг (Р-33). В химическом генераторе оно в основном складывается из сопротивления самих электродов и сопротивления электролита, в машинном генераторе это сопротивление его рабочих обмоток. По внутреннему сопротивлению генератора проходит весь ток, который идёт во внешней цепи, независимо от того, как выглядит эта цепь и насколько она сложна. Иными словами, внутреннее сопротивление генератора