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.
ВК-165. Появившийся в нашем рассказе аккумулятор — хороший повод напомнить об этом накопителе электрической энергии. В автомобиле, как правило, используется батарея из шести кислотных (свинцовых) аккумуляторов с общим напряжением около 12 вольт. При зарядке в химическом составе электродов и электролита накапливаются вещества, которые при разряде будут поддерживать (+) и (-) на электродах. Гидравлическая аналогия поясняет, как накапливается и расходуется энергия в аккумуляторе.
Р-63. СОПРОТИВЛЕНИЕ АКТИВНОЕ И PEAKТИВНОЕ. Просто было иметь дело с цепями постоянного тока, особенно с активными сопротивлениями в них, вроде электрической лампочки или кофеварки. Активными такие сопротивления назвали потому, что они активно забирают электрическую энергию у генератора, превращают её в тепло, в свет, в механическую работу. Об этой забранной энергии можно судить по току, который пойдёт в цепи при включении в неё какого-либо активного сопротивления — чем больше этот ток, тем больше забранная энергия.
Конденсатор и катушка, включённые в цепь генератора переменного напряжения, тоже меняют ток цепи — они тоже создают для тока определённое сопротивление. Но только никакой энергии у генератора эти сопротивления не отбирают — поэтому в отличие от активных их называют реактивными сопротивлениями. Зная эти сопротивления, можно и в цепях переменного тока пользоваться законом Ома, не забывая при этом, что при расчётах значения всех токов и напряжений должны быть одного вида, например, только эффективные или только амплитудные. Для напоминания возле каждого из сопротивлений приведена векторная диаграмма, показывающая сдвиг по фазе между током и напряжением. Как и следовало ожидать, в активном сопротивлении R никакого сдвига фаз нет — ток и напряжение растут или падают одновременно.
Т-141. На векторной диаграмме нетрудно учесть появление третьего элемента и образование последовательной или параллельной LCR-цепи. Если в последовательную цепь из конденсатора С и сопротивления R включить ещё и катушку L, то на векторной диаграмме сначала появится всего один новый вектор UL, отображающий напряжение на катушке. Он направлен строго против вектора Uc, поскольку напряжение на конденсаторе отстаёт от тока на 90°, а напряжение на катушке опережает ток на 90°, то есть суммарный сдвиг фаз между Uc и UL составляет 180° (Р-66). В итоге общее реактивное напряжение ULC будет равно разности двух этих напряжений — кто из них окажется больше, тот и определит направление результирующего вектора ULC. Все дальнейшие построения векторной диаграммы ведутся так же, как и для последовательной цепи с двумя участниками — Rc или RL.
Из тех же соображений строится векторная диаграмма для параллельного соединения LCR, но в этом случае за основу берётся вектор общего напряжения ULCR, а вектор результирующего реактивного тока ILCR определяется как разность противофазных, то есть действующих один против другого, векторов тока IL и Ic. Чаще, правда, встречается иная схема параллельной LCR-цепи, где активное сопротивление R включено последовательно с катушкой L. Построить векторную диаграмму для этого случая несколько сложнее, но тоже не спеша это вполне может быть сделано.
Три последних примера показали, что построение векторных диаграмм дело не такое уж сложное. При этом они действительно очень наглядно рассказывают о многом, что трудновато представить себе без этих диаграмм. Кроме того, они в большом количестве присутствуют в серьёзных учебниках электротехники, и, таким образом, мы сделали ещё один вклад в непростое дело подготовки к работе с ними. Наконец, всматриваясь в векторные диаграммы, можно сделать немало полезных выводов. Например, о поведении некоторых цепей переменного тока при изменении его частоты.
Т-142. Реактивные сопротивления XL и Хс сильно зависят от частоты, и при её изменении в цепях с L или С меняются напряжения, токи и фазовые сдвиги. Индуктивное сопротивление катушки растёт с увеличением частоты f подводимого к ней напряжения, а ёмкостное сопротивление конденсатора падает с увеличением частоты f. Поэтому в полном соответствии с законом Ома при изменении частоты должны меняться токи и напряжения, которые зависят от реактивных сопротивлений. В качестве примера для начала посмотрим, как это всё получается в простейшей последовательной RС-цепочке (Р-65) на двух разных частотах f1 и f2, притом что f1 < f2.