лённым сверхтвёрдым поверхностным слоем (Р-80).
ВК-186.Простой и неприхотливый электроизмерительный прибор — электромагнитный амперметр. Измеряемый ток проходит по катушке и втягивает стальной сердечник, с которым связана стрелка, двигающаяся по размеченной шкале. К прибору можно подвести ток в любой полярности — при её изменении сердечник перемагнитится и по-прежнему будет втягиваться в катушку. По тем же причинам прибором можно измерять постоянный и переменный ток, а несколько изменив катушку, и напряжение.
Т-162. «Генератор тока» и «генератор напряжения» — два варианта взаимоотношений между источником и потребителем электроэнергии. В одном из предыдущих разделов было отмечено, что внутреннее сопротивление генератора Rвнг и сопротивление нагрузки Rн образуют своего рода делитель напряжения, который делит электродвижущую силу Е на две части — напряжение, которое остаётся на внутреннем сопротивлении генератора Uвнг, и напряжение, которое достаётся нагрузке Uн (Р-33). При этом Uвнг остаётся внутри генератора, а на его выходе, то есть на нагрузке, действует напряжение Uн = Е — Uвнг. И далее был сделан вывод: желательно, чтобы внутреннее сопротивление генератора Rвнг было как можно меньше, так как при этом на нём будет оставаться меньшая часть э.д.с. и больше будет напряжение Uг, которое действует на выходе генератора, то есть достаётся нагрузке.
Напомнив об этой очевидной истине, нужно сделать неожиданное и, видимо, не очень понятное сообщение: в некоторых случаях сопротивление генератора Rвнг умышленно делают весьма большим, во всяком случае, оно во много раз больше, чем сопротивление нагрузки Rн.
Естественно, что при этом на выходе генератора действует малая часть э.д.с., так как основная её часть остаётся или, лучше сказать, теряется внутри генератора, на его большом внутреннем сопротивлении Rвнг.
ВК-187.Прибор, который может быть очень чувствительным и точным, — магнитоэлектрический гальванометр. Сам прибор измеряет слабые токи (обычно в несколько раз меньше 1 миллиампера), но с помощью небольших добавлений становится вольтметром постоянного и переменного напряжения, амперметром и омметром. Измеряемый во всех этих случаях ток подводится к квадратной катушке (рамке) через спиральные пружины, в зависимости от тока катушка со стрелкой отклоняется постоянным магнитом.
Для чего это нужно? Зачем умышленно снижать выходное напряжение генератора? Зачем бесполезно терять в самом генераторе основную часть его мощности?
В поисках ответа рассмотрим простейшую схему, где к генератору переменного тока подключено одно сопротивление нагрузки. Предположим, что э.д.с. генератора (эффективное значение) Е = 220 В, его внутреннее сопротивление Rвнг = 1000 Ом, а сопротивление нагрузки Rн может меняться от 1 до 10 Ом, то есть оно всегда во много раз меньше, чем Rвнг. Легко подсчитать, что при изменении нагрузки общее сопротивление цепи меняется от 1001 до 1010 Ом, и согласно закону Ома (I = Е: Rобщ) ток в цепи будет меняться от примерно 220 мА до примерно 218 мА.
Как видите, при изменении нагрузки в 10 раз ток в цепи меняется незначительно, примерно на 1 %. С учётом такого постоянства тока при изменении нагрузки подобный режим называется «генератор тока». В некоторых случаях он необходим, и ради постоянства тока при разной нагрузке мирятся с тем, что ей достаётся малая часть мощности, которую создаёт генератор.
Режим «генератор тока» нужен довольно редко, электричество практически всегда работает на нас в режиме «генератор напряжения»: в бортовой электросети автомобиля или катера, в карманном фонаре, в переносном приёмнике и, главное, в обычной нашей электросети. Чтобы получить режим «генератор напряжения», внутреннее сопротивление генератора Rвнг должно быть как можно меньше, во всяком случае, во много раз меньше, чем сопротивление нагрузки Rн. В этом случае основная часть э.д.с. и почти вся мощность генератора достаются нагрузке, внутреннее сопротивление Rвнг почти ничего не получит.
У «генератора напряжения», в отличие от «генератора тока», при изменении нагрузки Rн напряжение на ней, то есть напряжение на выходе генератора, меняться почти не будет, но зато будет меняться общий потребляемый ток. Если вы, скажем, пришли домой и сначала зажгли одну лампочку у входной двери, а затем включили люстру, телевизор и электрокамин, то напряжение, которое вы получаете от генератора, то есть из сети, практически не изменится, а общая потребляемая мощность возрастёт за счёт увеличения общего тока.
ВК-188. В самых разных приборах часто встречаются измерители с цифровым отсчётом. В них дешифратор в виде небольшой микросхемы прежде всего преобразует измеряемый показатель, например напряжение, в двоичный код. А затем ещё один микроблок прибора преобразует этот код и в виде привычных нам цифр высвечивает результат на небольшом, обычно жидкокристаллическом, экране. Для многих удобно такое отображение результатов, а кто-то любит измерения стрелочным прибором.
Проиллюстрируем режим «генератор напряжения» числовым примером. Электродвижущая сила Е = 220 В, внутреннее сопротивление генератора Rвнг = 0,01 Ом, и могут быть два сопротивления нагрузки — Rн1 = 2200 Ом (лампа дневного света мощностью 22 Вт) и Rн2 = 220 Ом (люстра с соединёнными параллельно десятью такими лампами общей мощностью 220 Вт). Поскольку Rвнг очень мало, будем считать, что ток в цепи определяет только сопротивление нагрузки, и подсчитаем, что при включении Rн1 этот ток равен I1 = Е: Rн1 = 220 В: 2200 Ом = 0,1 А, а при включении ток равен I2 = 220 В: 220 Ом = 1 А. При этом на внутреннем сопротивлении генератора остаётся напряжение в первом случае 0,001 В и во втором случае в 10 раз больше, то есть 0,01 В. То есть практически нагрузке всегда достаются обещанные 220 вольт. Так что генератор напряжения независимо от того, какая к нему подключается нагрузка (разумеется, из числа допустимых для данной цепи), всегда подаёт на неё практически одно и то же напряжение.
Т-163. Коэффициент полезного действия — цифра и символ. Генератор тока и генератор напряжения вплотную подвели нас к характеристике, о которой давно уже пора сказать. Это коэффициент полезного действия, или сокращённо к.п.д., он даёт чрезвычайно важную оценку многим техническим системам, в том числе электротехническим. Коэффициент полезного действия показывает, какую часть получаемой мощности эта система расходует для полезного действия. Если, например, у какой-нибудь машины к.п.д. составляет 0,95, или, что то же самое, 95 %, то из каждых полученных 100 ватт мощности в машине безвозвратно теряется 5 %, то есть 5 Вт, чаще всего они превращаются в ненужное тепло. Ну а оставшиеся 95 Вт расходуются на какое-то полезное дело — неплохой результат, к.п.д. составляет 95 %. Часто к.п.д. обозначают греческой буквой η — она называется «эта».
ВК-189.Имея чувствительный гальванометр (ток 50-100 микроампер, отклоняющий стрелку до конца шкалы), можно создать на его основе многопредельный вольтметр, хорошо измеряющий как небольшие, так и большие напряжения. Чтобы увеличить измеряемое напряжение, нужно просто увеличить сопротивление, включённое последовательно с прибором. Собрав цепочку из трёх резисторов или подключив к прибору три отдельных резистора, можно получить вольтметр для трёх разных напряжений.
У представителей окружающей нас техники встречается самый разный к.п.д. Скажем, у некоторых типов электрических лампочек он составляет 0,05, то есть 5 %, — всего лишь 5 % полученной электрической мощности эта лампочка превращает в свет. У лампы дневного света к.п.д. уже около 30 %. Если учесть энергию, которая содержится в сжигаемом топливе, то окажется, что у бензинового автомобильного двигателя к.п.д. около 30 %, а у дизеля около 40. У электрических двигателей к.п.д. достигает 95 %, а у некоторых трансформаторов даже 98 %. Долгое время примером недопустимых потерь энергии был паровоз, уже почти забытая железнодорожная машина с паровым котлом и угольной топкой. У паровоза к.п.д. доходил до 4–5 %, то есть 95–96 % полученной из топлива энергии он попросту выбрасывал.
Коэффициент полезного действия не только техническая характеристика, но и некий символ, которым пользуются, чтобы дать оценку самым разным объектам и процессам, в том числе человеческой деятельности. Бывает, так и говорят, что у работника N наблюдается низкий к.п.д., что он, работник N, много суетится, а результатов особых нет. Или что предприятие М работает с очень малым коэффициентом полезного действия, средств потребляет много, а продукция мизерная.
Вместе с тем бывает, что приходится сознательно идти на понижение к.п.д. для достижения какой-то особо важной цели. Наглядный пример — «генератор тока». Мы умышленно увеличили внутреннее сопротивление генератора, то есть увеличили бесполезные потери энергии и тем самым снизили к.п.д. до малых долей процента. Это было сделано для того, чтобы получить неизменный ток в цепи при изменении нагрузки — в каком-то случае решение задачи стоит очень серьёзных жертв. К счастью, в наиболее распространённых электротехнических системах, в частности, в снабжающих нас энергией электрических сетях, нужен режим «генератор напряжения», а для него необходимо малое внутреннее сопротивление генератора, малые внутренние потери, и, следовательно, это режим с высоким к.п.д.
ВК-190.