новенную лампочку, оно спрятано в цоколь лампы. Одно из достоинств ламп дневного света, в том числе и небольших, они создают ту же освещённость, что и обычные лампочки накаливания, но расходуют на это примерно в 5 раз меньшую электрическую мощность. Для отдельной квартиры в этом может быть и не столь большая экономия по абсолютной величине, но для города — огромная.
ВК-226. Эта упрощённая схема поясняет, как общаются по радиоканалу не с помощью телеграфной азбуки, а с помощью голосовой или, иначе, телефонной связи. Чтобы передатчик переносил речь, его высокочастотный ток Iвч модулируют (меняют амплитуду) электрической копией звука — током Iнч из микрофона. Модулированные радиоволны приходят в приёмник, и созданный ими ток пропускают через детектор. Он создаёт сигнал, в спектре которого есть низкочастотная составляющая — копия тока Iнч.
В последнее время и у люминесцентных ламп, несмотря на все их достоинства, появились, как уже говорилось, серьёзные конкуренты — полупроводниковые светодиоды. Подробно о диодах будет рассказано позже, а сейчас они непременно должны быть в нашем рассказе, и нужно, забегая вперёд, сказать о них несколько слов.
Представим себе диод как небольшой полупроводниковый кристаллик, который с помощью двух примесей разделили на две особые зоны (греческая приставка ди означает двойной, отсюда и слово диод). Одна из этих двух зон называется зона n, или катод, со свободными отрицательными зарядами (электроны) и вторая зона р, или анод, с особым типом свободных положительных зарядов (положительные ионы) по имени дырки. Теперь подведём к диоду питающее напряжение, например, подключим его к гальваническому элементу (Р-98). Если «плюс» этого элемента подключить к катоду, а «минус» к аноду, то к ним оттянутся свободные заряды электроны и дырки, и никакого тока в диоде не будет. Или, скажем более строго, обратный ток через диод будет равен нулю.
Если же «плюс» гальванического элемента подключить к аноду, а «минус» к катоду, то через диод пойдёт довольно большой прямой ток: свободные положительные ионы (дырки) n электроны устремятся к середине кристалла, и там в довольно узкой области по имени рn-переход (буква р, разумеется, от слова positive, а и от слова negative) они объединятся в нейтральные атомы. При этом из других нейтральных атомов образуются дырки (свободные положительные ионы) и электроны. Можно так подобрать вещество кристалла и применяемые примеси, что прямой ток через диод приведёт к излучению света из области рn-перехода. Более того, много лет исследуя излучающие свет диоды, физики создали такие их образцы, которые излучают свет со значительно меньшим расходом электрической мощности, чем у ряда люминесцентных ламп и тем более у обычных лампочек накаливания. В наше время широко выпускаются и продаются, а также применяются для освещения служебных и жилых помещений светодиоды, главным образом объединённые в группы, снабжённые пластиковыми рефлекторами и линзами, а часто и стандартным цоколем, облегчающим быструю замену ламп накаливания на полупроводниковый источник света.
ВК-227. В прошлом примере был выбран самый простой вид модуляции — амплитудная, сокращённо AM. Но есть и другие способы нагружать ВЧ-сигнал, другие виды модуляции. Например, частотная (ЧМ), когда НЧ-сигнал меняет частоту передатчика. Или когда при передаче радиоимпульсов меняют их ширину (ШИМ) или фазу (ФИМ). При этих видах модуляции передатчик занимает в эфире более широкую полосу частот, и применять их можно только на очень высоких частотах.
Т-183. Тепло согревающее, тепло соединяющее. Особо сильный источник света — электрическая дута (Р-79), её используют в мощных прожекторах и некоторых осветительных приборах для киносъёмки. Если сдвинуть два угольных электрода и пропустить по ним ток, то в месте контакта электродов будет выделяться значительное тепло. А если электроды несколько раздвинуть, между ними появится чрезвычайно яркая изогнутая объёмная полоска — электрическая дута. Это область, в которой между электродами протекает очень сильный ионный ток, температура достигает 3–4 тысяч градусов, частицы перестраиваются, сталкиваются, излучая широкий спектр электромагнитных волн, в том числе и мощный свет.
ВК-228.Пора отдохнуть от несложного дела — передачи голосов по радио. Нас ждут дела более сложные — передача по радио картинки. В принципе это можно сделать так: разбиваем картинку на небольшие участки и поочерёдно передаём сообщения об их освещённости. Используя этот простой метод, нам нужно передать и принять картинку большую, чёткую, подвижную, цветную и со звуком. И чтобы приёмник мог принимать сотни две других картинок, в том числе из других городов и континентов.
Задолго до появления электрической лампочки дуга использовалась в первых электроосветительных приборах, а в начале прошлого века она служила источником высокочастотных токов в радиопередатчиках. Сегодня главная профессия электрической дуги — электросварка, но здесь она уже выступает не как источник света, а как источник тепла.
Использовать электроэнергию для нагревания чего-либо очень невыгодно. Сначала мы сжигали топливо и с немалыми потерями добывали электричество, затем его гнали по проводам, несколько раз меняли напряжение, и всё это для того, чтобы опять превратить электричество в тепло, потеряв в итоге 70–80 % исходных калорий. Однако эту суровую арифметику нередко обесценивает такой существенный аргумент, как удобство. Действительно, не разжигать же керосинку, чтобы сварить пару чашек кофе, и нет смысла сооружать печку, чтобы два-три раза в прохладные дни слегка подогреть воздух в домике на садовом участке.
Тепловое действие тока используется не только в маломощных домашних приборах, но также в лабораторных и даже в промышленных установках, где у электронагрева нет конкурентов или где его достоинства перевешивают значительный расход энергии. Так, в электропечах, в том числе мощностью в сотни и тысячи киловатт, нагревают трубы, проволоку, прутки и иные металлические заготовки для последующей их закалки или пластической деформации, например, для вытяжки или ковки. Иногда, чтобы нагреть заготовку, с помощью понижающего трансформатора непосредственно по ней пропускают очень большой ток при низком напряжении.
ВК-229.Первая задача — создать электрическое описание (сигнал) большого числа точек картинки, в российском стандарте их примерно полмиллиона. Это повторяют 25 раз в секунду, чтобы, как в кино, передавались движения. Электрическую копию такой картинки создаёт передающая ТВ-камера. Экран её трубки изнутри покрыт светочувствительным веществом, и электронный луч, оббегая его, снимает напряжение с освещённых участков. Двигают луч генераторы горизонтальной и вертикальной развёртки.
Для выплавки особых сортов стали существуют малые (на 0,5-25 тонн металла) и большие (более 100 тонн) дуговые печи, где тепло выделяет мощная электрическая дуга между двумя крупными угольными электродами или чаще между электродами и расплавленным металлом. Плавка в таких печах может длиться несколько часов, некоторые специальные сорта стали выплавляют в вакуумных печах — дуговых или индукционных.
Установки для индукционного нагрева напоминают трансформатор, его «вторичная обмотка» — сам нагреваемый металл или металлическая заготовка. В печах такого типа производят плавку чёрных и цветных металлов, разогрев деталей для их последующей сварки или пайки. Используя токи высокой частоты, можно за счёт скин-эффекта нагреть лишь тонкий поверхностный слой металла и осуществить поверхностную закалку, что очень ценно для многих деталей машин (Р-80).
Самая, пожалуй, известная технология, основанная на электрическом нагреве, — это сварка цветных и особенно чёрных металлов. Сегодня без сварки не могут обойтись ни строители домов, ни создатели автомобилей, речных и морских судов, космических аппаратов и, конечно, газопроводных дел мастера. При дуговой сварке электродом служит одна из свариваемых деталей, а второй электрод — тонкий стальной стержень с сероватым покрытием, в котором содержатся присадки для расплавленного металла. Сварщик создаёт дугу между этим электродом и деталью, дуга плавит металл, который, быстро застывая, создаёт прочный сварной шов. При электросварке ток в дуге лежит в пределах от 100 до 1200 ампер, причём токовый режим может резко меняться, и это предъявляет особые требования к понижающему сварочному трансформатору.
В машиностроении, например при сборке автомобильного кузова, используется контактная сварка, главным образом точечная. Она может выполняться примерно так: листовые детали автомобильного капота или крыла с помощью вспомогательных приспособлений плотно сжимают, к точкам сварки подводят электроды и пропускают через них мощный импульс тока; металл в этих точках плавится и сваривается. А иногда для точечной сварки робот двигает электрод вдоль указанной ему линии или катит вдоль неё электрод-ролик, при этом, подобно пулемётной очереди, появляются импульсы тока и формируют точки сварки. Многие виды сварки производят острым и чрезвычайно горячим лазерным лучом, также созданным за счёт электрической энергии.
Можно было бы назвать немало других профессий электричества нагревающего, но уже приведённое выше короткое их перечисление подтверждает, что теплота, полученная из электричества, работает на нас не только в кофеварке и электроутюге.
ВК-230.Посмотрим теперь, что происходит в приёмнике, который все называют телевизором. Уже ясно, что, используя принятый сигнал, его трубка по имени «кинескоп» рисует принятую картинку на своём экране. Упрощённая схема напоминает, что особые меры приняты для того, чтобы картинка не дрожала и не прыгала. Пришедшие из телецентра синхронизующие сигналы выделены и направлены в местные генераторы развёртки для соблюдения абсолютного порядка при воспроизведении картинки.