В, она говорит о том, с какой силой магнитное поле действует в данной точке реально, с учётом среды. Естественно, что магнитная индукция В зависит от исходной, от первичной характеристики поля, от его напряжённости Н: чем больше Н, тем во всех случаях больше индукция В. При этом влияние среды учитывается с помощью особого коэффициента магнитной проницаемости μ (Р-46). Сделав все необходимые упрощения и приняв во внимание нужные числовые коэффициенты, можно записать В = μ∙Н и, заглянув в таблицу, определить, что один и тот же источник магнитного поля при неизменной его напряжённости Н будет создавать в стальном сердечнике (μ = 7500) в несколько тысяч раз большую магнитную индукцию В, чем в воздухе, где практически μ = 1. Или иными словами, магнитное поле будет действовать в стали в 7500 раз сильнее, чем в воздухе.
ВК-109.Первые две особо важные характеристики переменной э.д.с. и тока — их период и частота. Период Т — это время в секундах, за которое происходит один полный цикл изменений переменной э.д.с. или тока. Частота f — это число периодов за одну секунду. Единица частоты — 1 герц (Гц), он соответствует одному периоду в секунду. На рисунке приведено два примера: в одном период составляет 0,1 секунды и частота соответственно 10 герц; во втором примере период равен 1 секунде и частота 1 герц.
Р-39. КАК ОДИН ПРИБОР ПРЕВРАТИТЬ В ДВА, ТРИ, ЧЕТЫРЕ ИЛИ ДАЖЕ В ПЯТЬ ПРИБОРОВ. Стационарные измерительные приборы, контролирующие работу больших установок, как правило, не делают пригодными для измерения очень больших и очень малых напряжений или токов. Даёт генератор напряжение 220 В, и вольтметр рассчитан на 250 В, большего напряжения (да и такого тоже) просто автоматика не допустит. Другое дело — прибор для мастера-ремонтника или для любителя электрических схем. Им приходится измерять самые разные напряжения, токи и сопротивления, а носить с собой много разных приборов неудобно, да и просто тяжело. Для них, для этих людей, и выпускаются многопредельные приборы. Представьте себе, что у вас есть вольтметр, у которого стрелка отклоняется до конца при напряжении 1 В. У такого прибора уже при напряжении 1,1 В стрелка «зашкалит», то есть перейдёт допустимую границу. Но этим же прибором можно измерять и в десять раз большие напряжения, если включить последовательно с ним гасящее сопротивление, на котором будет оставаться 9 В из десяти, а сам прибор получит не более чем свой вольт. Точно так же можно увеличить предел измерений до 100 В, если подобрать гасящее сопротивление, на котором будет оставаться 99 В при измерении сотни. Используя систему переключаемых гасящих сопротивлений, можно получить многопредельный вольтметр и омметр (1,3), то есть вместо одного стрелочного прибора как бы получить несколько.
Аналогично можно создать и многопредельный амперметр, если параллельно стрелочному прибору (иногда его называют измерительной головкой) подключать шунты — сопротивления, по которым определённая часть измеряемого тока пройдёт мимо прибора (2). Так, если стрелочный прибор может измерить ток до одного миллиампера, то им можно будет измерить ток 100 мА, если параллельно измерительной головке включить шунт, по которому мимо прибора пройдёт 99 мА из этой сотни. Тем, кому кажется странной показанная на рисунке система переключения шунтов, сообщаем, что она появилась в результате трагических ошибок, о которых напоминает фольклор профессионалов: «Не оставляй прибор без шунта». Когда-то применяли простую систему переключения шунтов, в которой сама головка на какие-то доли секунды, необходимые для срабатывания переключателя, оказывалась включённой в цепь без шунтов и мгновенно выходила из строя из-за большого тока. В показанной на рисунке (2) одной из безопасных схем, шунты всегда включены в цепь, а переключатель лишь подключает стрелочный прибор к нужной части шунта.
Т-97. Путь, по которому замыкается магнитное поле, часто называют магнитной цепью. Можно провести полезную аналогию между электрической цепью, по которой идёт ток, и тем путём, тем «бубликом», по которому замыкается магнитное поле. Роль генератора в такой магнитной цепи играет сам магнит или электромагнит — катушка (или катушка с сердечником), по которой идёт ток и которая создаёт изначальное магнитное поле. А само размазанное в пространстве и всё же в основном сконцентрированное между полюсами магнитное поле, сам магнитный поток S, который как бы выходит из северного полюса магнита и входит в южный, чем-то напоминает электрический ток во внешней электрической цепи, например в цепи хорошо знакомого нам карманного фонарика (Р-25). Если ещё ввести характеристику с условным названием «магнитное сопротивление» Rмагн, то она будет отображать влияние среды на величину магнитного потока — примерно так электрическое сопротивление проводника отображает его влияние на величину тока. Участки, где магнитный поток S проходит через сталь, имеют малое магнитное сопротивление, в сравнении с ним будет очень большим магнитное сопротивление участков, где магнитный поток проходит по воздуху.
Существует даже закон Ома для магнитной цепи, он имеет внешнее сходство с законом Ома для электрической цепи. Так, например, отмечается, что магнитный поток пропорционален так называемой магнитодвижущей силе, м.д.с. В случае если магнитный поток создаётся электромагнитом, то магнитодвижущая сила будет тем больше, чем больше его ампер-витки (Т-94), то есть чем больше витков в обмотке (катушке) электромагнита и чем более сильный ток идёт по этой обмотке. И дальше: чем больше м.д.с., тем более сильное магнитное поле она создаёт — тем больше напряжённость магнитного поля Н, тем, естественно, больше магнитная индукция В, и вместе с ней больше становится магнитный поток Ф. Последнее напоминает то, что происходит в электрической цепи, когда с увеличением э.д.с. и согласно закону Ома возрастает ток в цепи. Кроме того, магнитный поток обратно пропорционален магнитному сопротивлению — если полюсы магнита, который находился в воздухе, замкнуть магнитопроводом из стали, то резко (в 7500 раз) уменьшится магнитное сопротивление цепи и практически во столько же раз увеличится магнитный поток Ф.
ВК-110. Эти две характеристики — частота и период переменного тока — лучше других понятны и близки человеку, особенно если он хоть немного занимался музыкой. Мы просто чувствуем частоту, слышим и различаем звук разных частот, понимаем оценки типа «частота выше». Конечно, общаясь с электричеством, мы будем встречаться с частотами, более высокими и более низкими, чем слышимые (от 20 до 20 000 герц), но поведение электрических схем на разных частотах приучит нас и к их частотным особенностям.
Р-40. ПО СУММЕ ДОСТОИНСТВ НА ПЕРВОМ МЕСТЕ МЕДЬ. Все используемые в электротехнике материалы можно грубо разделить на две группы — проводники (2) и изоляторы (3). Изоляторы, естественно, имеют очень большое сопротивление, свободных зарядов в них настолько мало, что для пропускания тока порядка ампера понадобится резиновый или пластиковый «провод» скорее всего километрового диаметра.
Проводники выполняют в электротехнике много разных работ, но чаще всего они используются для транспортировки электричества, так как сравнительно легко пропускают ток, то есть отбирают у него малую часть энергии. При малых расстояниях этими потерями вообще пренебрегают, например, в переносном фонаре (Р-25) или даже в квартире. Но часто сопротивление соединительных проводов нужно знать — оно не должно оказаться слишком большим и оставить истинную нагрузку с недостаточным напряжением. Подсчитать сопротивление провода несложно (1). В расчётной формуле коэффициент ρ — это удельное сопротивление, его можно найти в справочной таблице (2), и говорит оно о свойствах металла, из которого сделан провод. Просмотрев таблицу, сразу хочется выбрать серебро — у него коэффициент ρ меньше, чем у всех, и, значит, сопротивление провода будет минимальным. Однако серебро используют при создании проводов лишь в исключительных случаях — дороговато. На первом месте второй претендент — медь. И не только из-за своего малого ρ, у меди много других ценных качеств, в частности пластичность. Там, где возможно, медь заменяют алюминием, у него удельное сопротивление ρ в 1,5 больше, но зато стоимость в три с лишним раза меньше. В поисках замены свою роль играет и предупреждение геологов о том, что сырьевые запасы алюминия практически неограниченны, а при нынешнем потреблении меди её разведанных запасов хватит всего лишь на 60 лет.
Сравнение магнитной цепи с электрической приводит к некоторым очень важным практическим выводам. Бот один из них: если в замкнутой магнитной цепи из стали сделать небольшой воздушный зазор, то он резко увеличит общее магнитное сопротивление цепи и заметно ослабит общий магнитный поток — так участок с большим сопротивлением, последовательно включённый в электрическую цепь, резко увеличивает её общее сопротивление и, следовательно, резко уменьшает ток в цепи.
Очень важно, что при появлении воздушного зазора в стальной магнитной цепи уменьшится и магнитная индукция в самой стали — это результат ослабления общего магнитного потока. А если параллельно воздушному зазору создать дополнительный путь с меньшим магнитным сопротивлением (Р-35.7), например, приложить к зазору тонкую стальную пластинку, то магнитное сопротивление участка уменьшится — так уменьшалось сопротивление участка электрической цепи при его шунтировании. При введении магнитного шунта основной магнитной поток пойдёт по пути наименьшего магнитного сопротивления, то есть пойдёт через магнитный шунт. Вспомните, при шунтировании участка электрической цепи малым сопротивлением основной ток тоже идёт через шунт.
Т-98