Электричество шаг за шагом
- Автор: Сворень Рудольф Анатольевич
- Год: 2019
- Язык: русский
- Год: "ДМК Пресс"
- ISBN: 978-5-97060-604-9
- Жанр: Детское образовательние
Электронная книга - «Электричество шаг за шагом». Краткое содержание книги:
Используя 400 специально разработанных иллюстраций, автор рассказывает об истории изучения электричества, о сложившихся основных системах постоянного и переменного тока и о той важной роли, которая досталась электричеству в энергетике нашего мира.
Рудольф Анатольевич Сворень — автор многих популярных книг о физике и электронике, известный научный журналист, радиоинженер и кандидат педагогических наук, много лет проработавший в редакции журнала “Наука и жизнь” заместителем главного редактора.
Синусоидальное напряжение U в разные моменты меняется с разной скоростью. Иногда график этого напряжения идёт вверх или вниз круто — напряжение меняется резко, быстро. Иногда график сравнительно пологий — напряжение меняется вяло, медленно. Скорость изменения считается положительной, если напряжение меняется в сторону положительной амплитуды, а если оно движется в сторону отрицательной амплитуды — скорость отрицательная. Если измерять скорость изменения синусоиды и построить график изменения этой скорости, то окажется, что это тоже синусоида, но сдвинутая по фазе на четверть периода, то есть на 90 градусов (Р-60.5). Если подобным образом исследовать любые другие переменные напряжения (несколько примеров на рисунках Р-60.1, Р-60.2, Р-60.3, Р-60.4), то ничего подобного мы не обнаружим — синусоида единственная в своём роде.
То, что мы установили для синусоидального напряжения (ещё раз повторим — скорость его изменения меняется по такому же синусоидальному закону, как и само напряжение), относится к любому другому процессу, график которого синусоида, в частности, к синусоидальному току, отклонению маятника, колебаниям струны, изменению электрического поля в световой волне и многим другим. Обнаруженная одинаковость графиков синусоидального напряжения и скорости его изменения приводит к исключительно важным последствиям.
Глава 11
Ожидаемые неожиданности
Мы подключили к источнику переменного напряжения конденсатор и, как выяснилось чуть выше, в цепи конденсатора пошёл переменный ток. Казалось бы, если последовательно с конденсатором включить катушку, то она как-то увеличит общее сопротивление и ток в цепи уменьшится. В действительности может случиться так, что ток не только не уменьшится, но даже возрастёт, привлекая наш внимание к удивительным особенностям цепей переменного тока. В них происходит много такого, чего не было в цепях постоянного тока: непрерывно меняется уровень и направление питающего напряжения, непрерывно сменяют друг друга зарядный и разрядный токи в цепи конденсатора, непрерывно меняется магнитное поле катушки, а значит, в ней наводится э.д.с. Всё это вполне может давать какие-то новые, пока неожиданные для нас эффекты.
Т-132. Синусоидальное напряжение создаёт синусоидальный ток через конденсатор; ток опережает напряжение (или, иначе, напряжение отстаёт от тока) на 90 градусов. Для начала попробуем постепенно менять постоянное напряжение на конденсаторе, подключив его к делителю напряжения. Мы уже знаем, что в момент, когда напряжение на конденсаторе меняется, в его цепи идёт зарядный либо разрядный ток — избыточные заряды двигаются к обкладкам либо уходят с них. Чем резче, чем быстрее мы меняем напряжение на конденсаторе, тем больше эти токи, что вполне объяснимо. Если взять конденсатор ёмкостью 1 Ф и изменить на нём напряжение на 1 В, то на обкладках накопится лишний кулон зарядов — 1 К, это следует из самого определения единицы ёмкости фарад. В случае если менять напряжение быстро и если, скажем, заряд 1 К перейдёт на обкладки за 0,1 с, то средний ток составит 10 А. А если менять напряжение на конденсаторе медленнее, если, например, увеличить напряжение на 1 В за 10 с, то зарядный ток будет значительно меньше и составит лишь 0,1 А.
Теперь мы можем, несколько опережая главные события, предварительно взглянуть на рисунок Р-61. Напряжение, действующее на конденсаторе, всё время меняется и создаёт ток в цепи — то зарядный, то разрядный. Это заряды периодически то приходят на обкладки конденсатора, то уходят с них. Наибольший ток будет в те моменты, когда напряжение меняется с максимальной скоростью, то есть когда оно проходит через ноль (в частности, фаза 180°). Во время амплитуды напряжения (фазы 90° и 270°) ток в цепи равен нулю — какое-то неуловимое мгновение напряжение как бы не меняется, оно уже перестало расти, но ещё не начало уменьшаться. Когда напряжение растёт (приближается к положительной амплитуде), мы считаем ток положительным. Когда напряжение падает (изменяется в сторону отрицательной амплитуды), направление тока меняется на обратное, и мы называем это направление отрицательным.