ВК-122.Сложнее картина в цепи с катушкой L. В цепи идет ток IL и создаёт э.д.с. самоиндукции EL, эта противоэ.д.с. всегда направлена против изменений тока. Поэтому нужно, чтобы напряжение генератора UL всегда подавляло EL, то есть было бы ей противофазно. При этом окажется, что ток IL отстаёт по фазе от UL на 90 градусов. То, что наблюдалось в цепях с L и С, никак не нарушает закон Ома — здесь происходят совсем другие события, которые и приводят к сдвигу фаз между током и напряжением.
Р-46. ВЕЩЕСТВА, ПРАКТИЧЕСКИ БЕЗДЕЙСТВУЮЩИЕ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ, И ВЕЩЕСТВА, ДЕЙСТВУЮЩИЕ ОЧЕНЬ АКТИВНО. По своему поведению во внешнем магнитном поле и способности создавать своё собственное поле все вещества делятся на три группы: диамагнетики чуть-чуть (на доли процента) ослабляют внешнее поле; парамагнетики чуть-чуть усиливают его, а ферромагнетики за счёт перестройки своих доменов собственным магнитным полем усиливают поле внешнего магнита в сотни и тысячи раз. Эти свойства различных веществ отображаются их коэффициентом магнитной проницаемостиμ и широко используются в электротехнике.
Появление индуцированной, наведённой э.д.с. в самом упрощённом виде (может быть, даже в недопустимо упрощённом) можно объяснить так. Каждый свободный электрон обладает магнитными свойствами, скорее всего за счёт каких-то внутренних сложных движений его электрического заряда. Поместим проводник во внешнее магнитное поле, и оно схватит (Т-8) свободные электроны проводника, взаимодействуя с ними, как с микроскопическими магнитиками. Если теперь двинуть проводник, то свободные электроны как бы останутся на месте, удерживаемые внешним полем, то есть получится, что проводник как бы сместится относительно своих свободных электронов. Но об этом можно сказать и иначе: свободные электроны сместились внутри проводника. В результате этого смещения на одном конце проводника концентрация электронов увеличилась, на другом — уменьшилась, то есть на концах проводника появилась электродвижущая сила. Если же остановить проводник, то электроны довольно быстро вернутся в свои старые районы и вновь равномерно распределятся в проводнике. При этом, разумеется, наведённая ранее э.д.с. на его концах исчезнет.
Ещё раз отметим, это очень упрощённое объяснение, скорее, даже намёк на объяснение, чем истинная картина. Но факт остаётся фактом: при движении проводника в магнитном поле или, что то же самое, при движении магнитного поля относительно проводника, в этом проводнике наводится электродвижущая сила. И называется этот процесс — «электромагнитная индукция».
Т-103. Правило правой руки указывает направление э.д.с. и тока, которые появятся у проводника, если его двигать в магнитном поле. Итак, при движении проводника в магнитном поле в нём (в проводнике) наводится электродвижущая сила Е — на одном конце проводника появляется «плюс», на другом «минус». Если к этому проводнику подключить какую-либо нагрузку, то наведённая э.д.с. создаст в ней ток. О том, где именно, то есть на каком конце проводника, появится «плюс», а где «минус», говорит правило правой руки: если ладонь помещена в магнитное поле так, что смотрит на северный полюс внешнего магнита, а отогнутый большой палец указывает, в какую сторону мы двигаем проводник, то вытянутые четыре пальца правой руки дают направление электродвижущей силы Е от «плюса» к «минусу» (Р-55).
Движущийся в магнитном поле проводник — это фактически генератор, и, ещё раз отметим, если к нему подключить замкнутую внешнюю цепь, то в ней пойдёт ток с условным направлением от «плюса» к «минусу».
Как видите, правила правой и левой руки в чём-то похожи. В обоих случаях ладонь обращена к северному полюсу магнита, большой палец в обоих случаях указывает направление перемещения проводника, а вытянутые четыре пальца — направление тока. Из-за этой похожести иногда возникает путаница: там, где нужно воспользоваться правилом правой руки, применяют правило левой руки, и наоборот. Можно предложить простой мнемонический приём (от греческого слова «мнемоникон» — «искусство запоминания»), который поможет избежать этой ошибки. Представьте себе, что оба правила открыл левша, у которого левая рука ловче и сильнее правой. Открыл он эти правила и обрадовался — оказалось, что, оценивая силу F выталкивания проводника из магнитного поля, нужно применять правило сильной левой руки. «При магнитном выталкивании проводника вся сила в левой» — гордо сообщил левша своим ученикам, и они уже никогда не ошибались в выборе правила.
ВК-123.Под действием переменного напряжения происходит непрерывный заряд-разряд конденсатора, в его цепи идёт переменный ток. Поэтому конденсатор можно рассматривать как некое ёмкостное сопротивление Хс и применить для данного участка цепи закон Ома. Сопротивление Хстем меньше, чем больше ёмкость С, то есть чем больше зарядов идёт на обкладки или уходит с них. Сопротивление Хс падает также с увеличением частоты — при этом больше зарядов движется в цепи за секунду.
Т-104. Чем быстрее проводник пересекает магнитное поле, тем больше э.д.с., наведённая в этом проводнике. Величина э.д.с. Е, наведённой в генераторе (пока его роль у нас выполняет движущийся в магнитном поле проводник), зависит от индукции В внешнего магнитного поля и от длины проводника, в котором эта э.д.с. наводится. Ну и, конечно, величина наведённой э.д.с. зависит от скорости, с которой мы перемещаем проводник в магнитном поле. Или, точнее говоря, э.д.с. зависит от скорости, с которой проводник движется поперёк магнитного поля, пересекает это поле.
Обратите внимание на разницу определений «Проводник движется в магнитном поле» и «Проводник пересекает магнитное поле». Дело в том, что электродвижущую силу наводит не любое движение проводника, не его перемещение куда угодно, а движение именно поперёк поля, перпендикулярно условным магнитным линиям, соединяющим северный полюс внешнего магнита с южным. Если двигать проводник вдоль этих линий, то в нём э.д.с. вообще не наведётся, если двигать проводник под углом, то величина наведённой э.д.с. определится не общей скоростью, а лишь той её составляющей, которая пересекает поле.
ВК-124.Под действием переменного напряжения в катушке идёт переменный ток, и поэтому её представляют индуктивным сопротивление XL. Оно растёт с увеличением индуктивности L и частоты f. Соотношение между током, напряжением на катушке и её индуктивным сопротивлением определяет закон Ома. Катушка и конденсатор мощности не потребляют, за что они и названы реактивными сопротивлениями. Получив энергию в своё магнитное или электрическое поле, они туг же отдают её обратно.
Структура магнитного поля такова, что когда проводник движется вдоль условных магнитных линий, соединяющих северный магнитный полюс с южным, то этот проводник всё время пребывает в неизменных магнитных условиях, и никакого изменения внешней магнитной обстановки он не ощущает (Т-8). А вот когда проводник пересекает магнитное поле, то он всё время как бы чувствует (Т-8) изменение поля, и именно это изменение приводит в итоге к индукции, к наведению э.д.с. Коротко говоря, электродвижущая сила наводится в проводнике при изменении магнитного поля, в котором находится проводник. При этом кроме механического перемещения проводника есть другие возможности изменять окружающее его магнитное поле, и все они приводят к наведению в проводнике электродвижущей силы.
Т-105. Чтобы увеличить наведённую э.д.с. можно свернуть проводник в катушку или (и) быстрее менять магнитное поле. Повторим еще раз: для того чтобы в проводнике навелась э.д.с., можно двигать его в магнитном поле или, что то же самое, магнитное поле двигать относительно проводника. Во всех случаях, чтобы увеличить наведённую электродвижущую силу Е, достаточно увеличить длину проводника или просто использовать давно известную нам хитрость: вместо одиночного провода взять катушку с большим числом витков. Если рядом с этой катушкой быстро двигать магнит, то вольтметр, подключённый к ней, будет отклоняться весьма заметно, сообщая, что в катушке индуцировалась, то есть навелась, немалая э.д.с. Электродвижущая сила, наведённая в одном витке, скорее всего, невелика, но все витки, по сути дела, соединены последовательно, и все наведённые в них небольшие э.д.с. суммируются. Этим катушка напоминает батарею из последовательно соединённых гальванических элементов.
То, о чём шла речь до сих пор, — самая явная, самая наглядная разновидность индукции, магнитное поле просто перемещалось относительно проводника или катушки. Перед тем как переходить к другим способам наведения э.д.с., ещё раз напомним, что наведённая электродвижущая сила напрямую зависит от скорости движения магнитного поля. Это исключительно важная зависимость, причём зависимость общего характера, она наблюдается в огромном множестве физических процессов.
ВК-125. Обратим особое внимание на то, как индуктивное сопротивление катушки и ёмкостное сопротивление конденсатора зависят от частоты. Зависимость эта разная — например, с увеличением частоты ёмкостное сопротивление становится меньше, а индуктивное растёт. Часто оба эти элемента помещают в общую электрическую цепь, для того чтобы конденсатор и катушка своей различной зависимостью сопротивления от частоты участвовали в подавлении каких-то частот или, наоборот, в подъёме их уровня.
Т-106. Во многих процессах решающую роль играет не само значение какой-либо величины, а скорость её изменения. Вообразите себя героем арифметической задачи из популярной серии задач с бассейнами. По условиям нужно выбрать для купания один бассейн из трёх возможных. При этом известно, что в первом бассейне уровень воды 40 сантиметров, во втором — 5 сантиметров и в третьем воды вообще нет. Из всех этих водоёмов вы, конечно, выбираете первый — лучше уж войти в воду по колено, чем по щиколотку. Но вот, почитав условия задачи чуть дальше, вы узнали, что кран, наполняющий первый бассейн, закрыт, а во втором бассейне кран открыт (в задаче с бассейнами обязательно должны быт