я управляющий сигнал, пружина оттягивает якорь от сердечника и подвижные контакты бездействуют.
Чем больше ёмкость С, чем больше зарядов должен накопить конденсатор, тем дольше будет продолжаться процесс заряда, тем дольше будет существовать в цепи зарядный ток. А если последовательно с конденсатором С в зарядную цепь включить резистор R, то он уменьшит ток в цепи, и процесс заряда конденсатора будет длиться дольше.
Нетрудно догадаться, что произойдёт, если отключить заряженный конденсатор от батареи и соединить его обкладки резистором: начнётся процесс разряда, по внешней цепи избыточные электроны будут переходить со своей обкладки на другую, и в цепи какое-то время будет идти разрядный ток. Вначале он тоже сравнительно большой, но постепенно уменьшается — лишних зарядов на обкладках конденсатора становится всё меньше и меньше, напряжение на нём снижается. Разряд конденсатора, подобно заряду, длится тем дольше, чем больше ёмкость конденсатора С (то есть чем больше зарядов должно уйти с обкладок) и чем больше сопротивление R разрядной цепи. Быстрее всего разряд произойдёт, если R = 0, то есть если соединить обкладки накоротко.
Наблюдая за зарядом и разрядом конденсатора, мы видим, что элементы электрической цепи определяют продолжительность тех или иных процессов, в данном случае время заряда и время разряда. Электрическая цепь, состоящая из С и R, или, как её часто называют, RС-цепочки, в данном случае чем-то напоминает песочные часы, «время разряда» которых зависит от количества песка и диаметра пропускного отверстия.
Чрезвычайно важная особенность RC-цепочки: её электрическое состояние может достаточно быстро меняться. И более того, мы можем управлять этим процессом, изменяя ёмкость конденсатора С или (и) сопротивление резистора R. Знакомясь с разными видами электромагнитной индукции, мы уже видели, как электрическое или магнитное состояние изменяется во времени, но здесь, в RС-цепочке, эти изменения особенно наглядны, и не случайно произведение RC называют постоянной времени.
Во всём, что рассказывалось до сих пор, во всех примерах электрических цепей, на всех наших учебных рисунках фигурировал один тип электрического генератора — химический источник тока, а конкретно, гальванический элемент или несколько последовательно соединённых элементов, их батарея. Непременная особенность этого источника тока состоит в том, что он создаёт постоянную, не меняющуюся э.д.с., за что вместе с некоторыми другими генераторами получил почётное звание «источник постоянного тока», или, иначе, «генератор постоянной э.д.с. (постоянного напряжения)». Кстати, как уже говорилось, батарейкой часто называют и один гальванический элемент, что конечно, неправильно. В переводе «батарея» означает некоторый комплекс, в частности, соединённые последовательно гальванические элементы, но что поделаешь, почему-то так принято.
Появившаяся в этом разделе КС-цепочка даёт повод подумать об иных генераторах, они, в отличие от химических, создают не постоянную, а меняющуюся э.д.с. (напряжение). В их числе главный кормилец всей электроэнергетики — генератор переменной электродвижущей силы, с которой мы начнём знакомиться в следующей главе.
ВК-138.Всё, что до сих пор было рассказано о переменном токе, относится только к одной его разновидности — к синусоидальному току. Только его эффективное значение составляет примерно 70 % амплитуды, для других токов здесь может быть иная цифра от нуля до 100 %. Точно так же нужны будут совсем другие формулы для подсчёта реактивных сопротивлений конденсатора и катушки, резонансной частоты, коэффициента трансформации, добротности контура и других характеристик.
Р-50. ОСНОВА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ — МАГНИТНОЕ ПОЛЕ — ДВИГАЕТ ПРОВОДНИК С ТОКОМ. Как мы уже давно понимаем, проводник, по которому идёт электрический ток, — это самый настоящий магнит. И если поместить этот магнит (проводник с током) во внешнее магнитное поле, то произойдёт взаимодействие двух магнитов. Правда, направление магнитных полей проводника с током такое, что мы не увидим привычного притягивания к какому-либо полюсу внешнего магнита или отталкивания от него (Р-43.4). В данном случае поля взаимодействуют так, что проводник с током выталкивается из внешнего магнитного поля. Направление выталкивания можно достаточно просто определить по правилу левой руки: если её ладонь обращена к северному полюсу внешнего магнита, а вытянутые четыре пальца показывают направление тока в проводнике (не забывайте — от «плюса» к «минусу»!), то отогнутый большой палец покажет, куда будет выталкиваться проводник. Это выталкивание можно использовать в двигателе, где электрическая энергия, затраченная на создание тока в проводнике, в итоге будет выполнять определённую механическую работу.
Т-114. Свободные электрические заряды, создавая ток, двигаются очень медленно, а вот электрическое и магнитное поля несутся со скоростью света. Размышляя об электрических и магнитных полях, хочется вспомнить об одном любопытном факте. На него не пришлось обратить внимание в предыдущих разделах, поскольку нашим главным подопытным объектом была электрическая цепь очень малой протяженности — карманный фонарик. А теперь представьте себе, что мы растянули электрическую цепь фонарика километров на сто, и на одном конце цепи осталась батарейка с выключателем, а на другом — лампочка.
Будем считать, что напряжение батареи и сопротивление проводов выбраны правильно, и лампочке достаются необходимые ей 3 вольта. Вопрос в другом: с каким опозданием зажжётся лампочка после того, как мы нажмём на выключатель? Оказывается, она зажжётся без опоздания, точнее, с практически нулевым опозданием на небольшое количество миллионных долей секунды. Неужели электроны пробегут 100 километров за такое ничтожное время, двигаясь по проводнику с огромным количеством препятствий — неподвижных атомов?
Нет, в твёрдом теле электроны так быстро двигаться не могут, их скорость обычно составляет несколько сантиметров или даже несколько миллиметров в минуту, и до лампочки они добирались бы несколько месяцев. А лампочка зажигается без опоздания потому, что при включении нашего растянутого фонарика электроны практически сразу, одновременно начинают двигаться во всей цепи, в том числе и в лампочке. Происходит это из-за того, что между выводами батареи, между её «плюсом» и «минусом», всегда действует электрическое поле. При замыкании контактов выключателя поле мгновенно продвигается по продолжению этих выводов — по всей двухпроводной соединительной линии. При этом поле повсюду, где оно появляется, сразу же заставляет двигаться электроны в проводнике — ток начинается практически одновременно во всей цепи. Чтобы было ясно, с какой ничтожной погрешностью здесь использовано слово «одновременно», сообщим, что электрические и магнитные поля продвигаются в пространстве со скоростью света, то есть со скоростью 300 000 километров в секунду. Это вполне понятно — сам свет не что иное, как электромагнитная волна, то есть взаимосвязанные и непрерывно меняющиеся электрические и магнитные поля.
Завершая свою очередную экскурсию в мир электрических и магнитных полей, мы возвращаемся к тому, о чём уже частично говорили, с чего эта экскурсия начиналась. Мы возвращаемся к магнитному полю и взаимодействию меняющегося внешнего магнитного поля с проводником.
Т-115. Проводник, пересекая магнитное поле, указывает прямой путь к созданию электрических генераторов. Так сложилось, что при сотворении человека, как, впрочем, всех других живых существ, совершенно не была использована такая удобная и популярная в природе и технике разновидность движения, как вращение. Всё, что мы делаем — достаём ли мы чашку с кухонной полки, прогуливаемся ли по лесной опушке или играем на мандолине, — мы в основном совершаем возвратно-поступательные движения, чаще всего двигая что-либо по несколько искривлённой траектории.
Зато человек взял реванш при создании машин, в них вращение используется везде, где это возможно. Вращается автомобильное колесо, с огромной скоростью перемещая машину по автостраде, вращается деталь в токарном станке, магнитный диск в компьютере, гребной винт катера, сверло в бормашине дантиста. Пытаясь использовать силу, выталкивающую проводник с током из магнитного поля, то есть пытаясь создать электрический двигатель, мы в итоге тоже пришли к вращательному движению — именно оно конечная продукция практически всех электромоторов.
ВК-139.Многие расчётные формулы пригодны, оказывается, только для синусоидального тока. Он встречается чаще всего, но в электрических цепях работают и токи, которые меняются иначе, и для них неприменима знакомая нам электротехника. И вывод: сложный ток представляют в виде равноценной ему суммы синусоидальных составляющих, её называют спектром тока. Эта операция напоминает представление сложной фигуры, например поверхности моря, в виде суммы простых фигур, например квадратов.
Р-51. БЛЕСТЯЩАЯ ИДЕЯ СКОЛЬЗЯЩИХ КОНТАКТОВ В НАЧАЛЕ ПРИНОСИТ РАЗОЧАРОВАНИЕ. Без долгих рассуждений и дискуссий примем решение: электрический двигатель должен создавать вращательное движение, наиболее удобное для многих областей техники. В простейшем случае неподвижная часть двигателя (статор) — это постоянный магнит или электромагнит, между его полюсами находится вращающаяся часть двигателя (ротор), по обмотке которого мы пропускаем ток. Этот ток нужно пропускать так, чтобы провода ротора всегда поддерживали его вращательное движение, выталкиваясь из внешнего магнитного поля. Чтобы упростить картину, будем считать, что в двигателе используется простейший ротор, выполненный в виде рамки, По её проводам а и б идёт ток, полученный от какого-либо генератора, например от батареи. Рамка непрерывно вращается, и поэтому самый простой способ подвести к ней ток — это использовать контакты батареи, скользящие по вращающимся контактным кольцам на оси двигателя, к которым подключены провода рамки (1). Однако простая и гениальная идея скользящих контактов и вращающихся вместе с осью двигателя двух контактных колец, соединённых с проводами рамки, в данном случае не работает. Когда рамка окажется в горизонтальном положении, движение прекратится, к этому приведёт определ