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.
Если подвести к первичной обмотке трансформатора переменное напряжение U1, то в этой обмотке пойдёт переменный ток I1 (Р-76). Он создаст переменный магнитный поток, под действием которого наведётся напряжение U2 во вторичной обмотке (иногда, сразу же предположив, что во вторичную цепь уже включена нагрузка Rн, напряжение на вторичной обмотке трансформатора обозначают Uн). Точнее было бы говорить о наведённой э.д.с., но вместо неё мы сразу же введём напряжение U2, не забывая, что какая-то часть э.д.с. теряется на сопротивлении самой вторичной обмотки. Если к вторичной обмотке подключить нагрузку Rн, то в ней пойдёт ток I2. Если U1 синусоидальное напряжение и трансформатор не искажает форму тока, то и напряжение U2 тоже будет синусоидальным — наведённое напряжение зависит от скорости изменения тока, а скорость изменения синусоиды — тоже синусоида, сдвинутая по фазе на 90° (Р-60).
Т-158. Трансформатор увеличивает либо напряжение, либо ток, ни в коем случае, однако, не увеличивая мощность. Величина наведённого напряжения U2 зависит от нескольких факторов. Например, от того, насколько магнитный поток первичной обмотки пронизывает вторичную: чем большая часть этого потока рассеивается, тем, при прочих равных условиях, наведённое напряжение будет меньше. Именно поэтому обмотки трансформатора чаще всего размещают на замкнутом ферромагнитном сердечнике, по сердечнику замыкается практически весь магнитный поток, и всё магнитное поле первичной обмотки пронизывает витки вторичной. В трансформаторе с такой стопроцентной магнитной связью напряжение на вторичной обмотке определяется коэффициентом трансформации — отношением числа витков w2 во вторичной обмотке к числу витков w1 в первичной обмотке (Р-76). Это соотношение называется коэффициентом трансформации n и, как было сказано, n = w2/w1.
ВК-180. Получая в своей квартире одно фазовое напряжение (Ф1) и общий провод (0), можно всё же создать вращающееся магнитное поле и использовать рассчитанный на него асинхронный двигатель. Ток создаст в катушке I фазовое напряжение I. И, пройдя через конденсатор, ток создаст в катушке II напряжение, которое отстаёт от первого на 90°. Два магнитных поля, сдвинутых по фазе, вращают центральный электромагнит, а вместе с ним и ротор асинхронного двигателя.
Р-72. СВОБОДНЫЕ КОЛЕБАНИЯ — ОТ ЛИРИКИ К ФИЗИКЕ. Если посмотреть внимательно, то непременно заметишь, что в нашем мире встречается бесконечное многообразие движений и изменений. И есть в этом многообразии группа движений очень похожих — это то, что мы называем словами «свободные колебания». Они возникают там, где есть многими не замеченное и пока ещё достойно не воспетое чудо природы — пара накопителей энергии, определённым образом связанных друг с другом. На этом рисунке представлены три такие пары: маятник (1), струна (2) и LC-контур (3).
Отклоним маятник влево и отпустим его (1). Под действием силы тяжести (притяжение к Земле) маятник двинется вправо. Проходя центральную точку, он уже растратил потенциальную энергию, которая была у него перед стартом, но набрал скорость, и потенциальная энергия полностью перешла в кинетическую, в энергию движения. За счёт неё маятник проскакивает центральную точку и в итоге приходит в крайнее правое положение, откуда, опять-таки под действием силы тяжести, начнётся его движение в обратную сторону. В итоге, обменивая потенциальную энергию на кинетическую, а затем кинетическую на потенциальную, маятник вернётся в крайнюю левую точку, и всё начнётся с начала — маятник будет двигаться туда-обратно, то есть будет совершать свободные колебания.
Примерно то же самое мы увидим, если оттянем центр натянутой струны и отпустим её (2). Здесь колебания будут происходить за счёт обмена энергии упругой деформации струны (временные изменения молекулярной структуры при натяжении струны) и всё той же кинетической энергии — энергии движения. И, наконец, электромагнитные колебания в контуре Lкск (3). Для начала передадим ему небольшую порцию энергии, например, зарядив конденсатор Ск от внешней батареи. Он начнёт разряжаться через катушку Lк, в цепи пойдёт ток, и вся энергия из электрического поля конденсатора Ск перейдёт в магнитное поле катушки Lк. Затем ток перезарядит конденсатор, «+» и «—» поменяются местами, и ток, естественно, пойдёт в другую сторону. Этот обмен энергий между Ск и Lк будет продолжаться, поддерживая свободные колебания (в частности, ток туда-обратно) в контуре. Они через какое-то время прекратятся из-за различных потерь энергии, чем меньше эти потери, тем дольше будут длиться колебания.