сть» не меняется. Возвращение в электрический мир мы начинаем с повторения того, что уже представил нам рисунок Р-20, — с количественной оценки электрического заряда (3) и силы тока в цепи (4), например в подключённой к генератору нагрузке. Силу тока точно называет заряд, проходящий через условный контрольный пункт за 1 секунду.
Т-92. Магнитное поле всегда замкнуто. Вокруг всякого движущегося электрического заряда существует уже не только электрическое поле, как вокруг неподвижного, но также магнитное поле, ещё одна особая форма материи, ещё одно невидимое, неслышимое, неосязаемое и в то же время прекрасно работающее Нечто. Чтобы убедиться в том, что в какой-то точке пространства есть электрическое поле, достаточно сунуть в эту точку пробный электрический заряд — если электрическое поле есть, то оно будет пытаться сдвинуть этот заряд с места. Обнаружить магнитное поле можно с помощью пробной магнитной стрелки — если магнитное поле есть, то стрелка будет поворачиваться в сторону действия магнитных сил.
Перемещая магнитную стрелку возле постоянного магнита, легко по разным её отклонениям заметить северный и южный магнитные полюсы, а также центральную область, где магнитные силы практически не чувствуются. Если же подобным способом исследовать пространство вокруг проводника, по которому идёт ток, то не удастся обнаружить никаких полюсов, то есть областей с особо сильным магнитным полем; перемещая стрелку вокруг провода, мы увидим, что магнитное поле всегда замкнуто, что оно в данном случае напоминает бублик, у которого тоже нет начала и нет конца. Слово «замкнуто» надо понимать так: если двигать пробную магнитную стрелку в ту сторону, куда её поворачивает магнитное поле, то мы придём в ту же точку, из которой вышли. Этому факту можно дать хорошо известное уже объяснение — так устроен мир. Замкнутость магнитного поля — это его основное свойство, оно из той же серии, что и существование двух сортов электрического заряда и только одного сорта массы.
Замкнуто не только магнитное поле проводника с током, замкнуто вообще любое магнитное поле, созданное любым магнитом. В этом нетрудно убедиться, используя давний и очень простой способ наблюдения за магнитным полем. Накройте магнит стеклом и сверху насыпьте на это стекло железные опилки. Под действием магнитного поля они, подобно мельчайшим магнитным стрелочкам, растянутся вдоль невидимых до этого линий, соединяющих северный полюс магнита с южным.
ВК-102.При отключении катушки от генератора ток в её цепи сразу не прекратится, он будет и после отключения генератора существовать ещё какое-то время, не получая энергии ниоткуда, кроме собственного магнитного поля. Это противоэ.д.с., оправдывая своё название, опять же будет мешать изменениям тока — в данном случае его уменьшению до нуля после отключения катушки от генератора. Катушка — пример элемента электрической цепи с довольно сложным поведением. Другой пример — конденсатор.
ВК-103.Конденсатор — это элемент электрических цепей, его основа — две металлические пластины (их называют обкладками), между которыми находится слой изолятора, например воздуха. Из-за этого изоляционного слоя конденсатор постоянного тока не пропускает. Но если изменить напряжение, которое подводится к обкладкам, то изменится и количество электрических зарядов в них — в одной обкладке «плюс», в другой «минус». В этот момент в цепи конденсатора (не проходя через изолятор) пойдёт ток.
ВК-104. Зарядка конденсатора предполагает подключение его к источнику постоянного напряжения, увеличение за счёт этого электрического заряда в обкладках и рост напряжения между ними. Энергия, затраченная на зарядку, хранится в электрическом поле между обкладками. Если отключить от источника напряжения заряженный конденсатор, и он в своём электрическом поле будет долго хранить энергию, главное — уберечь его от саморазряда. Например, через воздух, в котором есть немного свободных зарядов.
ВК-105.Заряженный конденсатор по команде в виде импульса тока мгновенно отдаст накопленную энергию, и в виде такого хранилища электрической мощности он нашёл немало применений. А специалисты по электромобилям работают над созданием конденсаторов очень большой ёмкости (ВК-106), которые часто называют ионисторами. В нужный момент ионисторы подключатся в помощь аккумуляторной батарее и помогут резко увеличить скорость машины или выполнить иную тяжёлую работу.
Хотелось бы обратить ваше особое внимание на слова «невидимых до этого линий». Линии магнитного поля невидимы потому, что их вообще нет — поле может меняться, но происходит это плавно, постепенно, и никаких сгущений поля в виде линий не возникает. Получившийся узор иногда называют магнитными линиями, или силовыми линиями магнитного поля. Но, ещё раз отметим, в самом магнитном поле никаких таких магнитных линий нет и не было. Опилки собираются в линии под действием нескольких, по существу дела, совершенно посторонних факторов, в том числе случайных. При другом размере опилок, другой силе их сцепления со стеклом, другой высоте их падения на стекло узор мог оказаться несколько иным, с чуть смещёнными «магнитными линиями». В главном же ничего не изменилось бы — получившийся «опилочный узор» своими линиями всегда, при любой форме магнита соединяет два его полюса. Соединяющие северный полюс с южным «опилочные линии», если бы это было технически возможно, обнаружились бы и внутри магнита, ещё раз подтверждая, что магнитное поле всегда замкнуто, в данном случае и у постоянного магнита.
Т-93. Нехитрое изобретение превращает проводник с током в стержневой магнит с явно выраженными полюсами — северным и южным. Изучая окружающую нас физическую реальность, встречаешься с такими её чертами, на которые сразу повлиять невозможно, они вполне могли бы быть в хорошо знакомой нам серии «Так устроен наш мир». Невозможно, например, или скажем аккуратнее, пока невозможно сразу поверить, что создана антигравитация — не притяжение, а расталкивание двух масс. Невозможно ускоренно двигаться во времени вперед и раньше других заглянуть в будущее, как это с лёгкостью делают в фантастических романах. Невозможно отделить северный магнетизм от южного, получить магнитный монополь, хотя физики пытаются найти его, а некоторые теоретики строят математические модели мира, в котором магнитный монополь должен быть. Но сплошь и рядом встречаются природные объекты или процессы, которые можно изменить так, чтобы они стали более удобными и полезными для человека. Посмотрите вокруг — все достижения техники, технологии, медицины появились потому, что думающие люди в своё время придумали какие-то изменения чего-то, встретившегося им в природе.
ВК-106.А пока широко применяются конденсаторы с разным значением двух основных параметров — ёмкости (измеряется в фарадах) и допустимого рабочего напряжения (измеряется, конечно, в вольтах). При малой ёмкости обкладки выполнены в виде небольших дисков или трубок, а изолятор — керамика. При средней ёмкости обкладки и тонкая плёнка изолятора — это спирали длинных лент. А электролитическим конденсаторам большой ёмкости нужно вспомогательное постоянное напряжение.
Р-36. ИЗМЕРЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ, РАБОТЫ, МОЩНОСТИ И СОПРОТИВЛЕНИЯ НАГРУЗКИ. С электродвижущей силой (э.д.с.) и напряжением мы впервые познакомились ещё на рисунке Р-20 и вынуждены были лишь назвать эти характеристики и оценить их с помощью тогда ещё не известного нам закона Ома. Сейчас мы уже можем сообщить, что единица э.д.с., или напряжения, вольт — это, по сути дела, энергетическая единица, она участвует в оценке той работы, которую выполняет электричество. Если на выходе какого-либо генератора напряжение U составляет 1 вольт, то этот генератор затрачивает на продвижение заряда в 1 кулон энергию в 1 джоуль (1). Эту энергию заряд при необходимости может отдать нагрузке, выполнив в ней работу в 1 джоуль. Напряжение ничего не говорит о том, сколько времени это будет происходить, об этом сообщает другая характеристика — сила тока I, она называет число кулонов, которые проходят по цепи за 1 секунду. Зная обе эти величины — работу каждого кулона (U) и число кулонов, работавших в течение секунды (7), — мы как раз и узнаем мощность (Р) — электрическую работу за секунду (2). Ну а зная мощность и время t, в течение которого велась работа А, мы легко подсчитаем всю её. Иногда эту работу А удобно представить не в джоулях, а в равных им ватт-секундах или в более крупных единицах киловатт-часах, каждый из которых в 3 600 000 раз больше джоуля (3).
Думая о столь известных и важных характеристиках, как напряжение и ток, не нужно забывать о скромном сопротивлении нагрузки Rн, которое определяет ток в цепи (4) и таким образом влияет на основные процессы в ней.
Мы видели, что магнитное поле проводника с током напоминает бублик (Р-44), оно окружает проводник и не имеет магнитных полюсов. А нельзя ли сделать это поле таким, как у стержневого магнита, — с явно выраженными северным и южным полюсами? Оказывается, что сделать это совсем несложно, мы сейчас просто мгновенно создадим такой стержневой электрический магнит, или коротко — электромагнит.
Чтобы всякий раз не путаться с дополнительными объяснениями, принято считать, что магнитное поле направлено в ту сторону, куда смотрит северный конец помещённой в это поле пробной магнитной стрелки.
Кто-то когда-то придумал гениально простой способ складывания магнитных полей, которые создаются разными участками одного и того же проводника, — нужно просто свернуть проводник в кольцо (Р-44). Магнитное поле внутри такого кольца станет суммой магнитных полей многих согласованно действующих участков провода — их магнитные поля имеют одно и то же направление и поэтому суммируются. А если вдоль условной оси проволочного кольца с двух разных направлений приближать к этому кольцу стрелку компаса, то эта стрелка будет вести себя точно так же, как при взаи