Электричество шаг за шагом

Т-137. Векторная диаграмма помогает представить себе и количественно оценить многие процессы, в том числе в цепях переменного тока. В конце сороковых годов прошлого теперь уже века, то есть примерно шестьдесят с лишним лет назад (точную дату очевидцы не записали), на известном одесском пляже Ланжерон приземлились марсиане. Может быть, конечно, они прибыли не с Марса, а с другой нашей планеты или даже из другой звёздной системы, но мы по привычке (фантастические романы нас приучили к тому, что на Марсе есть люди) любых пришельцев называем марсианами. Побыли эти пришельцы у нас в Одессе на пляже около часа, искупались в море и улетели. Скорее всего, домой, на Марс. Ничем они местных жителей не удивили — люди как люди. К нашей земной жизни пришельцы тоже никакого внимания не проявили, не увидели, скорее всего, ничего поучительного.

Единственное, что привлекло их особое внимание и вызвало бурную реакцию, так это большие часы у входа на пляж. Марсиане долго их рассматривали, что-то при этом обсуждали на своём марсианском языке и почему-то громко смеялись. Один из одесситов, человек изобретательный и настойчивый, контактируя с пришельцами с помощью жестов и рисунков на песке, сделал очень интересное открытие.

У марсиан, оказывается, совсем другая система отсчёта времени и совсем другие часы. У них вместо наших секунд, минут и часов есть одна единица времени, называется она градус, и весь круговой циферблат часов имеет 360 делений — он разбит на 360 градусов. Стрелка на часах у них одна, и вращается она в обратную сторону — против нашей часовой стрелки. Автор открытия вскоре опубликовал в местной газете «Черноморська комуна» восторженную заметку о марсианских часах и предложил найти им применение. Будучи по профессии врачом-диетологом, он не знал, что подобная система отсчёта времени уже давно применяется в электротехнике и лежит в основе часто употребляемого профессионалами языка с названием «Векторные диаграммы».

Векторные диаграммы уже несколько раз появлялись на наших рисунках (Р-61.3, Р-61.4, Р-63, Р-64, Р-65 и других), так что читатель наверняка обратил на них внимание, хотя в подписях к рисункам о самих векторных диаграммах говорилось немного, а иногда даже не было сказано совсем. Пытаясь ликвидировать эти недостатки, хочется сказать несколько слов о векторных диаграммах, взяв за основу, к примеру, рисунок Р-61. На этом рисунке (Р-61.3) видно, что в цепи переменного тока с одним конденсатором напряжение на нём отстаёт от тока на 90°, то есть на четверть периода. Это видно на основном графике тока и напряжения — сначала на нём появляется амплитуда тока IС, а затем, через четверть периода, амплитуда напряжения Uc. Об этом же говорит расположенная рядом (справа) простейшая диаграмма, состоящая из двух векторов — Iс и Uc Согласно правилу, принятому для таких диаграмм, мы вращаем её против часовой стрелки. Таким образом, наблюдатель, мимо которого движется диаграмма, сначала видит вектор тока и через четверть оборота (то есть с запаздыванием на четверть периода) вектор напряжения.

Сейчас, пожалуй, самый момент напомнить, что вектор — это отрезок определённой длины, она в выбранном масштабе соответствует характеристике, которую на диаграмме отображает вектор. Так, например, можно принять, что каждый сантиметр длины вектора Uc отображает напряжение 10 вольт, и тогда вектор длиной 3 сантиметра будет означать, что Uc равно 30 вольт. Здесь, пожалуй, нужно отметить, что эта возможность не используется в наших векторных диаграммах. Наша задача была лишь в том, чтобы показать сдвиг фаз между токами и напряжениями, не учитывая их величину. Именно поэтому выбраны одинаковые по длине векторы тока и напряжения, и не нужно делать из этого серьёзных выводов.