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.
Величина тока, как мы только что установили, зависит ещё и от того, с какой скоростью меняется напряжение. Чем больше эта скорость, тем больше зарядов за одну секунду приходит на обкладки конденсатора и уходит с них, тем, следовательно, больше ток. А чем больше ток, тем, следовательно, меньше сопротивление. Отсюда зависимость ёмкостного сопротивления Хс от частоты f — чем больше частота f тем быстрее меняется переменное напряжение, если, например, частота повысится в 10 раз, то напряжение будет всякий раз доходить до своей амплитуды в 10 раз быстрее. Поэтому чем выше частота f переменного напряжения, чем быстрее оно меняется, тем больше ток в цепи конденсатора, а значит, меньше ёмкостное сопротивление Хс.
Чтобы удобнее было учитывать влияние ёмкости С и частоты f на ток, их как раз и сводят в гибридную величину по имени ёмкостное сопротивление Хс. Оно позволяет получить стандартные формулы закона Ома для цепи переменного тока с конденсатором, такие же простые и удобные, как для цепи с резисторами.
Есть, однако, одно принципиальное различие между активным сопротивлением R и ёмкостным сопротивлением Хс: ёмкостное сопротивление хоть и влияет на ток в цепи, но никакой мощности от генератора не потребляет. В какие-то моменты, правда, генератор затрачивает усилия на то, чтобы зарядить конденсатор, но конденсатор честно возвращает полученную энергию во время разряда. Этим он очень напоминает пружину, которая всё, что берёт при сжимании, то и отдаёт, распрямляясь. Чтобы отметить эту особенность ёмкостного сопротивления, его, в отличие от активного R, называют «реактивное сопротивление».
ВК-160. Электрическая мощность в электрогенераторе не появляется сама по себе, чтобы получить её, нужно выполнить большую работу, вращая ротор генератора. При этом приходится преодолевать его огромное сопротивление, так как магнитное поле с большой силой выталкивает провода, в которых наводится ток. Сам электрогенератор — машина с малыми потерями, с хорошим использованием полученной энергии. Но этого никак не скажешь практически обо всех двигателях, создающих первичное вращение.
Р-60. БЫВАЕТ, ЧТО ВСЁ ЗАВИСИТ ОТ СКОРОСТИ. В нашу программу более детального изучения синусоиды входит и знакомство со скоростью её изменения. Уже несколько раз отмечалось, что есть процессы, которые, развиваясь, зависят от какой-либо величины, как, например, ток в лампочке зависит от напряжения. А есть процессы, которые зависят от скорости изменения, как, например, путь, пройденный автомобилем, зависит от скорости его движения. На этом рисунке показано пять пар графиков (1, 2, 3, 4, 5), иллюстрирующих такие процессы, — в каждой паре график I иллюстрирует сам процесс, а график V — скорость изменения этого процесса. Особо выделяется пара графиков на последнем рисунке (5). В качестве основного процесса I здесь выбрана синусоида, а скорость её изменения V оказалась также синусоидой, но опережающей основную кривую на 90 градусов. Не будем тратить время на объяснения (хотя это очень просто), а лишь отметим, что график с таким сдвигом фаз называется «косинусоида». Нам можно в упрощённом виде запомнить важный вывод: график скорости изменения синусоиды есть тоже синусоида, на четверть периода опережающая по фазе основной график.
Т-134. Описание фазовых сдвигов между током и напряжением нередко вызывает острую критику читателей, забывших, что такие сдвиги вполне объяснимы. Наш рассказ о фазовых сдвигах в цепях переменного тока мы сейчас прервём, чтобы напомнить читателю особенности данного процесса. Это поможет не просто запомнить некоторые важности, о которых уже было сказано и ещё будет, но и позволит навсегда отнести их к числу совершенно естественных и легко объяснимых. А это очень важная составляющая вашего отношения ко всему изучаемому предмету и особенно к вашим будущим самостоятельным действиям.
Чаще всего недовольство и даже протесты вызывает сдвиг фаз между током и напряжением в цепи конденсатора или катушки. «Какие вообще могут быть фазовые сдвиги между током и напряжением здесь, в единой цепи? — возмущается строгий критик. — Когда напряжение доходит до своей амплитуды, ток равен нулю — как такое возможно? Почему у этой пары — у тока и напряжения — не работает обязательный для всех закон Ома, с которым мы познакомились ещё при изучении цепей постоянного тока?» Нашему критику полезно напомнить, что согласно закону Ома, который он вспомнил, в нашей цепи вообще никакого тока не должно быть — для постоянного тока цепь разорвана диэлектрической прокладкой конденсатора. Механизм появления тока здесь совсем иной — ток появляется при движении зарядов к обкладкам или от них, и, значит, сила тока зависит от того, как меняется напряжение на конденсаторе. Следуя за скоростью изменения напряжения, меняется ток, при этом — так получается! — он опережает напряжение по фазе.