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.
Скин-эффект возникает потому, что переменное электромагнитное поле, созданное генератором и двигающее электроны в проводнике, из-за быстрых своих изменений и невысокой скорости распространения в металлах не успевает проникнуть вглубь провода. Поэтому в центральной его части тока нет вообще, высокочастотный ток реально движется лишь в поверхностном слое провода, что равносильно уменьшению его диаметра и, следовательно, росту сопротивления. На низких частотах, в частности, на сетевой частоте 50 Гц, поверхностный эффект практически не ощущается, но, скажем, на частоте 2 мегагерца (2 МГц = 2 000 000 Гц) сопротивление медного провода диаметром 5 мм увеличится более чем в 50 раз в сравнении с его сопротивлением постоянному току.
За открытием скин-эффекта довольно быстро последовало его практическое использование. Например, при создании медного провода с высокопрочной стальной сердцевиной. Или тонкого серебряного покрытия на медном проводе, что снижает его сопротивление на высоких частотах. Очень полезным для машиностроения стало использование скин-эффекта для поверхностной закалки деталей. Эта технология — высокочастотная закалка — позволяет создавать ответственные стальные детали машин с незакалённой, а поэтому пластичной и очень прочной основой и с очень тонким закалённым сверхтвёрдым поверхностным слоем (Р-80).
ВК-186. Простой и неприхотливый электроизмерительный прибор — электромагнитный амперметр. Измеряемый ток проходит по катушке и втягивает стальной сердечник, с которым связана стрелка, двигающаяся по размеченной шкале. К прибору можно подвести ток в любой полярности — при её изменении сердечник перемагнитится и по-прежнему будет втягиваться в катушку. По тем же причинам прибором можно измерять постоянный и переменный ток, а несколько изменив катушку, и напряжение.
Т-162. «Генератор тока» и «генератор напряжения» — два варианта взаимоотношений между источником и потребителем электроэнергии. В одном из предыдущих разделов было отмечено, что внутреннее сопротивление генератора Rвнг и сопротивление нагрузки Rн образуют своего рода делитель напряжения, который делит электродвижущую силу Е на две части — напряжение, которое остаётся на внутреннем сопротивлении генератора Uвнг, и напряжение, которое достаётся нагрузке Uн (Р-33). При этом Uвнг остаётся внутри генератора, а на его выходе, то есть на нагрузке, действует напряжение Uн = Е — Uвнг. И далее был сделан вывод: желательно, чтобы внутреннее сопротивление генератора Rвнг было как можно меньше, так как при этом на нём будет оставаться меньшая часть э.д.с. и больше будет напряжение Uг, которое действует на выходе генератора, то есть достаётся нагрузке.
Напомнив об этой очевидной истине, нужно сделать неожиданное и, видимо, не очень понятное сообщение: в некоторых случаях сопротивление генератора Rвнг умышленно делают весьма большим, во всяком случае, оно во много раз больше, чем сопротивление нагрузки Rн.
Естественно, что при этом на выходе генератора действует малая часть э.д.с., так как основная её часть остаётся или, лучше сказать, теряется внутри генератора, на его большом внутреннем сопротивлении Rвнг.
ВК-187. Прибор, который может быть очень чувствительным и точным, — магнитоэлектрический гальванометр. Сам прибор измеряет слабые токи (обычно в несколько раз меньше 1 миллиампера), но с помощью небольших добавлений становится вольтметром постоянного и переменного напряжения, амперметром и омметром. Измеряемый во всех этих случаях ток подводится к квадратной катушке (рамке) через спиральные пружины, в зависимости от тока катушка со стрелкой отклоняется постоянным магнитом.
Для чего это нужно? Зачем умышленно снижать выходное напряжение генератора? Зачем бесполезно терять в самом генераторе основную часть его мощности?
В поисках ответа рассмотрим простейшую схему, где к генератору переменного тока подключено одно сопротивление нагрузки. Предположим, что э.д.с. генератора (эффективное значение) Е = 220 В, его внутреннее сопротивление Rвнг = 1000 Ом, а сопротивление нагрузки Rн может меняться от 1 до 10 Ом, то есть оно всегда во много раз меньше, чем Rвнг. Легко подсчитать, что при изменении нагрузки общее сопротивление цепи меняется от 1001 до 1010 Ом, и согласно закону Ома (I = Е: Rобщ) ток в цепи будет меняться от примерно 220 мА до примерно 218 мА.