бка перемены передач, передний мост, задний мост, рулевое управление, тормозная система. В рядовом электрическом приборе тоже можно выделить свои узлы и блоки, в каждом несколько десятков или даже всего несколько элементов. С такими количествами справиться уже не очень сложно.
Т-85. Меняя какой-либо элемент сложной схемы, нужно понимать, как изменятся токи и напряжения на разных её участках. Обдумывая очередной ход в шахматной партии, приходится учитывать множество возможных его последствий. Точно так же, изменяя сопротивление какого-либо участка сложной электрической цепи, приходится думать о том, что произойдёт на всех других участках. Потому что элементы сложной цепи взаимосвязаны, они разными путями и в разной степени влияют на условия жизни своих близких и далёких соседей (Т-8). Научиться понимать электрические схемы, научиться, как принято говорить, свободно их читать — это, прежде всего, значит научиться быстро оценивать, как именно связаны между собой элементы сложной цепи, как они влияют на токи, напряжения, потребляемые мощности, одним словом, на режим других элементов.
По этому поводу уже было дано немало рекомендаций, и настало время практики. Начать можно с какой-нибудь несложной схемы, в которой, меняя тот или иной элемент, легко следить за изменениями токов и напряжений. Попробуйте всмотреться в цифры и объяснить, почему они именно такие — это будет полезная практическая работа по использованию языка электрических схем, его грамматических правил и образов. К числу последних хочется в конце главы добавить ещё один, он не имеет прямого отношения к электричеству, но пользу может принести бесспорно.
ВК-94.Вот что такое электромагнитная индукция: если менять магнитное поле, в котором находится проводник или катушка, то в них наведётся э.д.с. Менять поле можно по-разному Можно двигать в нём проводник или двигать само поле. Можно поместить проводник или катушку (L1) рядом с электромагнитом (L2) и, меняя в нём ток, менять магнитное поле — это взаимоиндукция. Можно менять ток в самой катушке (L1), и изменение собственного магнитного поля наведёт в ней э.д.с. — это самоиндукция.
Т-86. Рассматривая сложную электрическую схему, очень важно не терять уверенности в том, что во всём в итоге можно разобраться. Образ, который сейчас будет представлен, как уже говорилось, к электричеству отношения не имеет. Это известный литературный образ — лесковский Левша. Глубоко понимая своё дело, освоив его до самого совершенного совершенства, мастер не считал это чем-то выдающимся: мы знаем хорошо своё ремесло, говорил он, умеем делать без мелкоскопа самую мелкую работу, потому что «у нас так глаз пристрелямши».
Спокойное отношение к делу, которое делаешь, уверенность в том, что сможешь сделать его наилучшим образом, уверенность в себе — всё это особо важно, когда имеешь дело с электрическими цепями. Потому что здесь ты попадаешь в невидимый электрический мир, и что-то сделать в нём можно только в том случае, если твёрдо знаешь, что делать. И если веришь, что это не цирк, чудес здесь не бывает, и в любой электрической сложности в итоге можно разобраться.
ВК-95.В электродвигателях вместо постоянных магнитов обычно используют электромагниты, их многовитковые обмотки помещают в неподвижной части двигателя — в статоре. Для повышения мощности на валу увеличивают число проводов рамки, превратив её в многовитковую обмотку ротора — вращающейся части двигателя. Чтобы снизить сопротивление магнитной цепи и повысить магнитную индукцию, ротор и статор изготовлены из стали, а также до предела уменьшен воздушный зазор между ними.
Т-87. Главная действующая сила недолго будет оставаться в тени. Мы немало потрудились, чтобы включить в арсенал своих знаний непростое представление о разного рода полях, главным образом об электрическом поле. Но почему-то представление это, скажем прямо, нам пока не очень понадобилось — если не вникать в подробности, то можно, оказывается, описать многие процессы в электрических цепях, не вспоминая об электрическом поле. Представление о нём в основном понадобится в последующих разделах, например, когда речь пойдёт о накоплении энергии в конденсаторе или о скорости, с которой электричество передаётся на большие расстояния.
Однако непривычная и, возможно, поэтому несправедливо замалчиваемая важнейшая сущность нашего мира — поле — далее уже не будет оставаться в тени. Нам предстоит незамедлительно обратиться к ещё одной разновидности физических полей — к магнитному полю. Без него просто невозможно сделать следующий шаг — познакомиться с магнитами, с магнитными явлениями и с великим электромагнитным союзом, неслыханно обогатившим человечество.
Глава 7Рождённый движением
Электрические силы и магнитные — два проявления единой физической сущности по имени «электромагнетизм». Иногда обе эти силы действуют совместно, а иногда раздельно, как бы совершенно независимо. В электрических аппаратах и системах мы в чистом виде встречаемся с электричеством значительно чаще, чем с магнетизмом, очевидно поэтому в учебных книгах основное внимание уделяется электрическим цепям и процессам. Вместе с тем магнитные явления играют в электрическом мире чрезвычайно важную роль. Достаточно вспомнить, что все электродвигатели работают благодаря взаимодействию электрических и магнитных сил, так же, впрочем, как и мощные генераторы на всех электростанциях. Поэтому, отдавая должное чисто электрическим цепям, ни в коем случае нельзя обидеть невниманием процессы магнитные. Пусть не очень вникая в количественную сторону дела, нужно понимать физическую сущность магнитных и особенно электромагнитных явлений, без которых электричество никак не достигло бы нынешних своих высот.
Т-88. С магнитными силами, так же как с гравитационными и электрическими, проще всего познакомиться в простейших опытах. Падающее на землю яблоко демонстрирует действие гравитационных сил, натёртая тряпкой пластмассовая гребенка притягивает лёгкие клочки бумаги и знакомит нас с электрическими силами. А теперь ещё одно знакомство — небольшой железный брусок, который мы называем магнитом, притягивает к себе железную булавку, и та, преодолевая силу тяжести, подскакивает вверх, как бы прилипает к бруску-магниту. Оговорка «железный брусок, который мы называем магнитом» нужна потому, что другие железные предметы булавку не притягивают, если, правда, она до этого не участвовала в опытах с магнитом. Кусок железа, не имеющий магнитных свойств, легко намагнитить (даже прикосновением намагниченной булавки), и тогда его тоже можно будет называть магнитом.
Итак, простейший опыт демонстрирует некую новую для нашего рассказа силу, которая в этом опыте оказалась сильнее гравитационного притяжения Земли. Нетрудно убедиться, что это не электрическая сила из предыдущих наших опытов — поднесите к железному бруску (который мы называем магнитом) мелкие клочки бумаги, и они даже с места не сдвинутся. Новую особую силу, которая тянула вверх булавки, называют магнитной силой, а всё, что связано с её действием, — магнетизмом. Действует магнитная сила так же, как электрическая и гравитационная, определённым образом меняя состояние пространства — создавая в нём магнитное поле. Именно с помощью своего магнитного поля магнит воздействовал на булавку, заставив её двигаться вверх.
Магнетизм, так же как и электричество, был замечен человеком как минимум несколько тысячелетий назад. Разумеется, этот новый вид притягивающих сил, так же как и электричество, в те времена нельзя было объяснить. Их можно было только назвать, то есть, образно говоря, к куску железа с вновь открытыми свойствами прикрепить табличку «магнит». Загадочная способность притягивать мелкие железные предметы была обнаружена у железной руды из месторождений вблизи города Магнезия, одного из древних городов Малой Азии (нынешняя территория Турции). Вероятно, от этой Магнезии и пошло слово «магнит».
Примечательно, что вещество с магнитными свойствами нашли в готовом виде, а вот вещества с готовым, природным электрическим зарядом в природе не встречаются — чтобы у янтарной или стеклянной палочки появились электрические свойства, чтобы у них появился электрический заряд, палочки приходится натирать (Р-1). Мы знаем, что есть частицы вещества с самой маленькой порцией электрического заряда — это электрон с самым маленьким отрицательным зарядом и протон с положительным. А как же с магнитными свойствами? Какие микроскопические частицы, собравшись в железном бруске, создают вполне ощутимую магнитную силу?
Мы очень скоро ответим на эти вопросы, но прежде для порядка ещё несколько опытов из школьного репертуара.
ВК-96. Поведение катушки в электрических цепях зависит от её способности создавать магнитное поле. Эта способность в свою очередь в основном определяется числом витков катушки, веществом, через которое замыкается поле, и называется индуктивностью катушки (L), или коэффициентом самоиндукции. Единица индуктивности — 1 генри (1 Гн), катушка имеет такую индуктивность, если при изменении тока в ней на 1 ампер за 1 секунду в катушке наводится электродвижущая сила самоиндукции в 1 вольт.
Т-89. Северный и южный полюсы магнита — два участка с особо сильно выраженными магнитными свойствами, но свойствами разного сорта. Кусок железа с магнитными свойствами называют постоянным магнитом, в школьных опытах чаще всего используют специально изготовленные стержневые или подковообразные постоянные магниты. Если подносить булавку к разным участкам стержневого магнита, то окажется, что он притягивает эту булавку с разной силой. Сильней все го её притягивают концы магнитного стержня, по мере приближения к его центральной части магнитная сила ослабевает и, наконец, в самом центре магнитная сила вообще не чувствуется. Концевые участки магнита, обладающие особо сильными магн