Электричество

Чтобы выполнить любую работу: переместить груз, обогреть, охладить, осветить помещение, расплавить металл, выполнить вычисления и т.д., требуется энергия. Выражаясь бытовым языком, на это требуется "тратить силы".

Если вы хотите пробить дырку в стене, придется расходовать либо свою энергию, долбя стену молотком, либо использовать энергию стороннего источника.

Давайте прикинем, сколько труда нужно затратить, чтобы заменить собою, к примеру, электрический перфоратор. Мощность средненького прибора такого типа - 500 ватт. То есть, он расходует энергию со скоростью 500 джоулей в секунду.

Одним джоулем энергии обладает груз массой 0,1 кг, находящийся на высоте 1 метр

Ек = m*g*h, где

m - масса груза в килограммах,

g - ускорение свободного падения на Земле, обусловленное силой ее притяжения, примерно 10 м/с^2 (собственно за счет него и возможно совершение работы),

h - это высота груза над поверхностью земли.

Перемножив 0,1 кг * 10м/с^2 * 1 метр, получаем один джоуль.

Соответственно, энергией в 500 джоулей будет обладать груз массой 50 кг на такой же высоте - 1 метр. Значит, чтобы вы могли развить мощность в 500 ватт, вам необходимо поднимать груз массой 50 кг на высоту 1 метр каждую секунду. Вроде бы, реальная цифра, да? Но это означает, что в течение минуты, для обеспечения такой же мощности, вам необходимо затащить 50 кг на высоту 60 метров! Сможете за минуту добежать до 20-го этажа, дотащить туда хотя бы свой вес? А за 5 минут - до сотого - слабо? Понятен порядок энергии, который потребляет не самый мощный электроприбор? Теперь прогуляйтесь по квартире, гляньте на таблички бытовых электроприборов - пылесоса, СВЧ-печка, утюга, тостера

и т.д. - сколько они потребляют? Много. Стало быть, придется пользоваться чьими-то услугами.

Так как рабы и скот нынче дороги, в наше время чаще используют энергию других источников - электростанций. Электростанция может находиться далеко от потребителя, но электричество позволяет передавать энергию на большие расстояния.

Вы, на радость соседям, долбите стену перфоратором у себя дома, в то время как источник энергии для этого инструмента, например, река, может находиться за сотни или тысячи километров от вас. Как это происходит? Какие есть варианты? Мы можем поставить на пути потока водяное колесо любого типа,

на оси которого закрепим механизм привода перфоратора. Но тогда мы сможем пробить только стену, расположенную близко к реке. Неудобно.

Можно к оси водяного колеса прикрепить длинный вал, и таким образом передать усилие на некоторое расстояние. Но валу необходимы опорные подшипники, износ которых будет неизбежным. Для изменения направления передачи энергии и усилия, требуются шестерни и прочие механические детали, требующие ухода и периодической замены (в некоторых автомобилях так передается усилие от двигателя, расположенного впереди, к задним колесам - карданной передачей).

Система получается крайне громоздкой и неудобной. С валом явно не получится обращаться так же легко и непринужденно, как с электрическим удлинителем. Примерно такие же недостатки у передачи энергии посредством ременной передачи.

Мы можем соединить водяное колесо с насосом, который будет под давлением закачивать воду в шланг. Этот шланг мы протянем туда, куда нужно, а на другом конце шланга установим гидромотор, преобразующий давление воды в шланге во вращение. Такой вариант удобнее, но тоже не выход. Шланги с водой тяжелые, могут разорваться от сильного давления, требуется герметичная система (без утечек). К тому же, при движении воды по шлангам, ее энергия частично тратится на трение о стенки шланга. Тем не менее, подобная система имеет место в технике - в гидроприводах, и иногда проще, чем преобразование механической энергии в электричество и обратно.

Но данная статья о другом, более универсальном и удобном методе передачи и использования энергии - об электричестве.

При использовании электричества, вместо шлангов с жидкостью тянут провода, по которым перемещаются отрицательно заряженные частицы - электроны. А перемещение электронов по проводам и есть электрический ток.

Электроны перемещаются по проводам примерно так же, как вода по трубам. Возьмем ручной водяной насос (слева), соединим его выход с его же входом шлангом, наполненным водой. В разрыв шланга включим "нагрузку" - гидромотор (справа).

Крутим ручку насоса - перекачиваем жидкость по шлангам - вращается гидромотор.

Насос и гидромотор в нашей модели могут представлять собой одно и то же устройство, например, такое:

Если мы вращаем рукояткой шестеренки - перекачиваем жидкость - получаем насос.

Если же нагнетаем жидкость с одной стороны (на рисунке - слева), шестеренки сами начнут вращаться - получим гидромотор (стрелками показано направление потока жидкости и вращения шестеренок).

Как передают электроэнергию?

Чтобы понять, придется начать со строения веществ.

Все вещества состоят из атомов - мельчайших неделимых частиц.

Ядра атомов содержат протоны - носители положительного заряда.

Вокруг ядер вращаются электроны. Электроны имеют точно такой же по модулю (размеру) заряд, что и протоны, только отрицательный.

Число протонов атома равно количеству электронов, потому суммарный заряд атома равен нулю.

Понятно, что также равен нулю заряд нейтрального (не заряженного) тела, состоящего из таких атомов - в нем тоже число протонов равно числу электронов.

Кроме протонов, ядра атомов содержат нейтроны - частицы с массой близкой к массе протона, но без заряда и, по этой причине, нас не интересующие.

Еще раз: заряд одного протона равен заряду одного электрона (только знак заряда противоположен). Количество протонов вещества равно количеству электронов. Поэтому тела, хотя и содержат заряженные частицы, в целом не имеют заряда. На миллион протонов - миллион электронов. На миллиард протонов - столько же электронов.

Ядра веществ более массивны и, в твердых веществах, неподвижны. Перемещаться, обеспечивая ток, могут электроны, которые легче протонов почти в 2000 раз.

Очень полезно сходить сюда.

В основе всех электрических процессов лежит очень простой факт: противоположные заряды притягиваются друг к другу, а одноименные отталкиваются:

К примеру, если на одном теле образовался избыток электронов (это означает, что оно заряжено отрицательно), то, если его соединить с телом, на котором электронов не хватает, излишек перетечет понятно куда - на тело, на котором электронов меньше. Точно так же электроны перетекут с тела, заряженного отрицательно, на нейтральное, содержащее одинаковое количество протонов и электронов. Этот переток будет продолжаться до тех пор, пока на обоих телах не установится одинаковый избыток электронов.

Представьте себе город, с большим уровнем безработицы - это и будет аналог избытка электронов. А в соседнем городе, к примеру, безработицы ноль (аналог нейтрального тела). Понятен мотив перемещения электронов?

Ясно также, что если в обоих городах одинаковый уровень безработицы (излишек рабочих), или одинаковый недостаток рабочей силы (аналог положительного заряда тела - дефицита электронов), никакого перетока не будет. Про такие тела говорят, что они обладают одинаковым потенциалом.

Ясно также, что размеры обоих городов (тел) не имеют значения. Для уровня безработицы важно соотношение в этих городах рабочих рук и рабочих мест. Касательно электричества - соотношение протонов и электронов в этих телах. Разный уровень проблем - есть переток. Одинаковый - нет.

Так как электрический ток - это направленное движение заряженных частиц, обычно, электронов,

для передачи электроэнергии используют те вещества, в которых электроны слабо связаны с ядрами и потому способные перемещаться внутри вещества.

- вращать или наклонять таким образом, чтобы к катушке был обращен поочередно то северный, то южный полюс магнита

- перемещать вверх - вниз

- протаскивать сквозь катушку и возвращать обратно (описание простейшего генератора, работающего по такому принципу, тут).

- придумайте сами

Понятно, что принцип относительности позволяет нам проделывать подобные манипуляции катушкой возле неподвижного магнита.

Проволочная катушка обладает еще одним замечательным свойством: при пропускании через нее электрического тока, у нее появляется магнитное поле. То есть, катушка при этом превращается в электромагнит и может взаимодействовать с постоянным магнитом (притягиваться или отталкиваться, в зависимости от взаимного их расположения),

Здесь применимо то же самое правило буравчика: вращая рукоятку штопора по часовой стрелке, мы загоняем его вперед. Так же и ток, текущий в нашей катушке по часовой стрелке, вызывает появление у катушки собственного магнитного поля севером (N) справа.

То есть, при подключении катушки к источнику тока, она становится электромагнитом.

Если на пути речного потока поставить турбину, механически связанную с магнитом, а рядом с магнитом разместить катушку, то вращающийся магнит (точнее, периодическое изменение магнитного поля, пронизывающего катушку) станет причиной появления электрического напряжения на концах катушки.

Если теперь концы катушки-генератора соединить длинными проводами с катушкой-электромагнитом, получим систему электростанция-линия передачи-перфоратор, описанную в начале.

Напряжение на выводах катушек будет синусоидальным, то есть, по форме напоминающим идеальную волну:

Допустим, магнит генератора изначально (в момент времени ноль) находится в положении, перпендикулярном катушке. Оба полюса магнита на одинаковом расстоянии от катушки, поэтому магнитное поле в ней равно нулю

Поворачиваясь каким-либо полюсом к катушке, магнит вызывает рост напряжения на ее выводах. Этот период соответствует подъему кривой на графике. В момент, когда магнит будет параллелен катушке, магнитное поле в последней становится максимальным В этот момент рост напряжения на ее выводах прекращается. После этого полюс магнита начинает удаляться от катушки, напряжение на ее выводах пойдет на спад до нуля (на графике - от верхнего гребня волны до прямой x). Понятно, что ноль будет в момент, когда магнит снова перпендикулярен катушке. После этого, к катушке начнет приближаться противоположный полюс магнита. И это вызовет увеличение напряжения на выводах катушки, но уже другой полярности - электроны начнут движение в другую сторону. Этот рост также продолжится до параллельного положения магнита и катушки. То есть до момента, когда полюс магнита будет максимально близко к катушке. А после - снова начнется спад напряжения до нуля (на графике - от нижней точки волны до прямой x).

Таким образом, вращение магнита возле катушки, вызывает появление синусоидального (волнового) переменного напряжения на ее выводах.

На практике, в электрогенераторах и электродвигателях чаще используют не вращение магнита возле катушки, а вращение катушки (контура) в магнитном поле, созданном постоянными магнитами или электромагнитами. Но сути это не меняет: магнитное поле в катушке растет от нуля до максимума, потом падает до нуля, после снова растет, но уже в противоположной полярности, а затем также падает до нуля. После цикл повторяется. Напряжение с катушки снимается скользящими контактами:

Но вы можете крутить педали то вперед, то назад - цепь и заднее колесо повторит эти движения. С энергетической точки зрения эффект точно такой же - энергия вырабатывается в одном месте, и передается в другое. Именно такое решение - переменный ток - используется в промышленных электрических цепях.

Чем быстрее меняется магнитное поле в катушке-генераторе, тем больше энергии она вырабатывает:

Электродвижущая сила (сила, движущая электроны) E равна скорости изменения магнитного потока Ф через контур (катушку в нашем случае).

Треугольник в уравнении - греческая буква "дельта", обозначающая изменение какого-либо параметра. Например,было сто рублей, осталось 30. Дельта (разность) - 70 рублей. Или: машина ускорилась со скорости 60 км/ч до 90 км/ч. Разница 30 км/ч. Можно записать: дельта V = 30 км/ч (V - обозначение скорости). Если машина замедлилась на такую же величину, пишем: дельта V = - 30 км/ч. (минус 30 км/ч).

То есть, дельта Ф в уравнении означает величину изменения магнитного потока, а дельта t - изменение времени (разницу между временем, когда изменение магнитного поля началось, и временем, когда закончилось).

И, давайте, сразу определимся с отношением к формулам. Их надо любить, ибо формула это изложение сути в максимально краткой форме. К примеру, формула скорости движения выглядит как V = S/t - Скорость V равна пути S, деленному на время t, за который этот путь пройден. То есть, скорость есть простое соотношение пути и затраченного на него времени. Пусть, мы прошли 5 км за 1 час. Делением получаем скорость - 5 км/ч. Если мы за два часа прошли 10 км, делением 10 на 2 узнаем, что скорость (соотношение пути и времени) точно такая же - 5 км/ч.

Если же мы преодолели 10 км за полчаса, разделив 10 на 0,5, получим скорость 20 км/ч. Какой вывод? В любой формуле, если она содержит соотношение (дробную черту), увеличение цифры (или цифр) в числителе (сверху дробной черты) приводит к увеличению значения искомого параметра - того, чему равна данная формула, в данном случае - скорости V. Увеличение же цифры в знаменателе, напротив, уменьшает значение этого параметра.

В любой произвольной формуле типа

X = a*b/c*d, чем больше a и b, тем больше X, и чем больше c и d, тем меньше X. Теперь, возвращаясь к формуле

мы понимаем, что чем больше дельта Ф (изменение магнитного поля), и чем меньше дельта t (время, за которое это изменение произошло), тем больше выходной параметр - E (ЭДС). Соотношение Ф и t есть скорость изменения магнитного потока, и именно от него зависит электродвижущая сила. А ЭДС - это практически аналог выходного напряжения.

Хочешь больше энергии - быстрее шевелись. Но энергия не дается даром: взаимное перемещение магнита и катушки требует усилий, и тем больших, чем больше электроэнергии забирают с катушки.

Вы имели удовольствие наблюдать сие в видео, где велосипедист поджаривает тост. Если бы тостер был отключен от генератора, педали крутились бы легко.

Это связано с тем, что до тех пор пока концы катушки не замкнуты ("висят в воздухе"), через нее не протекает ток, а значит не возникает собственного магнитного поля катушки. Когда же мы замыкаем ее концы - "накоротко" (непосредственно друг с другом), или через какую-то нагрузку, например лампу, текущий через катушку ток обусловливает появление у нее собственного магнитного поля.

Понятно, что это поле будет тем сильнее, чем больший протекающий ток. А ток зависит от сопротивления нагрузки. Чем меньше сопротивление нагрузки (самое маленькое оно при "коротком" замыкании), тем больше ток.

Причем, магнитное поле катушки направлено таким образом, чтобы препятствовать взаимным перемещениям магнита и катушки.

Иными словами, магнитное поле катушки мешает любым взаимным перемещениям магнита и катушки - как вязкая среда, например, болото, мешает любому движению. На разомкнутой катушке тормозящее влияние мало, а при подключении нагрузки, торможение становится заметным, с 1.20:

Более того, катушка препятствует изменению магнитного поля в самой себе даже в отсутствие внешнего магнита. Пропускаем через катушку ток - превращаем ее в электромагнит. Так вот, если выключить внешний источник тока, ток через катушку не прекращается мгновенно, а некоторое время поддерживается за счет энергии ее же магнитного поля:

При отключении источника тока, возникает нечто похожее на гидравлический удар.

В общем, катушка такая штука, в которой невозможен как моментальный разгон, так и моментальное торможение электронов (а значит - и тока).

Вновь воспользуемся гидравлическим аналогом. Представьте себе трубу, в которой находится крыльчатка (типа лопастей вентилятора) на валу с массивным маховиком.

Работа гидротарана основана на использовании явления гидравлического удара — кратковременного резкого повышения давления при внезапной остановке потока жидкости в жёсткой трубе.

Магнитное поле.

Силовые линии магнитного поля выходят из северного полюса магнита (N), и входят в южный (S). Силовые линии магнитного поля всегда замкнуты (закольцованы).

Вспомним определение электрического тока: ток - это направленное движение заряженных частиц.

А значит - не обязательно в проводнике.

Возьмем шарик, заряженный положительно, и бросим его (средний рисунок). Те же магниты вокруг траектории полета, среагируют аналогично - развернутся параллельно силовым линиям магнитного поля.

Если же мы бросим шарик, заряженный отрицательно (правый рисунок), магнитное поле будет направлено в противоположную сторону - против часовой стрелки. Однако, этим же отрицательным шариком мы можем создать магнитное поле направленное по часовой. Для этого шарик должен двигаться не от нас, а к нам. Теперь понятно, что по сути нет разницы, какими именно носителями заряда вызван ток? Что "плюс" идет "от нас", что "минус" идет "к нам" - эффект один.

Отметим особенность данного явления: если бы магниты перемещались вместе с заряженными шариками, они бы не развернулись вдоль магнитного поля. Круто, да? Магнитное поле существует только для наблюдателя, движущегося относительно заряженного тела. Как рыбу, сопровождающую лодку, не качает на исходящих от лодки волнах. В то же время неподвижную или встречно плывущую рыбу качнет волной. То есть, магнитное поле ведет себя как возмущение пространства, как его деформация.

Но есть отличие: если лодка движется мимо нас, мы почувствуем, что нас качнуло исходящей от нее волной. Плывя же навстречу неподвижной лодке, мы никакой волны не почувствуем.

В случае заряженного тела, мы почувствуем "волну" - магнитное поле - даже двигаясь мимо неподвижного заряда. Можно представить себе, что наша "лодка"-заряд создает на воде неровность, даже будучи неподвижной: допустим, положительный заряд создает водяной горб, а отрицательный - впадину.

Тогда картина получится похожей: неважно, лодка идет мимо нас, или мы мимо нее, нас все равно качнет. В отличие от лодки, заряд создает деформацию не на поверхности воды, а в толще трехмерного пространства.

На рисунке ток течет "от нас" в месте пересечения линий пространства, деформируя его по часовой стрелке. Эта круговая "деформация" и есть магнитное поле.

И тогда становится понятно, почему ток в катушке не получается ни разогнать ни остановить моментально: сначала движущиеся под действием источника тока заряды деформируют пространство, а при отключении источника тока, пространство, восстанавливая свои прежнюю форму, толкает заряды, отдавая полученную ранее энергию.

То же самое происходит и в одиночном проводнике током, просто это незаметно из-за его малой индуктивности. Катушка же - это проводник, пропущенный рядом с собой многократно, и потому гораздо сильнее возмущающий пространство.

Причем, движущийся положительный заряд деформирует пространство в одну сторону (по часовой стрелке, как штопор), а отрицательный заряд, движущийся в ту же сторону - в противоположную.

В проволочной катушке заряды движутся по кругу, вокруг каждого участка проводника, вокруг каждого витка возникает кольцевое магнитное поле (правый рисунок). Каждый виток катушки - это проводник с левого рисунка, свернутый в кольцо.

Суммируясь (складываясь), магнитные поля витков катушки и создают магнитное поле такого вида:

Соблюдается так называемое "правило буравчика": ток, текущий по часовой стрелке, создает магнитное поле, направленное "вперед". В принципе, запомнить легко: ток текущий в одиночном проводнике "от нас" штопором закручивает вокруг себя магнитное поле по часовой стрелке.

А ток, текущий в катушке по часовой стрелке, вызывает магнитное поле, направленное "от нас".

Хотя в физике для запоминания этих двух эффектов используют почему-то разные аналогии - "правило правой руки" и "правило буравчика" (картинка выше). А по мне, буравчика достаточно.

Можете попытаться ввинтить буравчик (штопор) в пробку, или шуруп в дерево - получите похожий эффект. Либо представить себе удар кулаком левой руки "от бедра" в карате. Он наносится с вращением кулака по часовой стрелке. Вначале кулак располагается у бедра ладонью вверх, по мере движения вперед разворачивается ладонью вниз. Точно так же, но в обратной последовательности, происходит возврат кулака к бедру, в исходное положение. Тогда либо наш кулак - это ток в проводнике, а его вращение - направление магнитного поля данного тока. Либо, если речь о катушке, вращение кулака - это ток по виткам катушки, а движение вперед - магнитное поле этой катушки. Рука, в отличие от штопора, всегда при себе.

А можно представить себе вентилятор. Получится даже нагляднее: лопасти вращаются по часовой, как ток по катушке и гонят воздух вперед, отсасывая его сзади, как магнитное поле. Если пространство вокруг вентилятора ограничено, отбрасываемый воздух будет двигаться по кольцу.

Магнитное поле может как быть, так и отсутствовать у атомов одного и того же вида. Если магнитное поле, обусловленное движением электрона по орбите и магнитное поле, вызванное вращением электрона вокруг своей оси совпадают по направлению (верхний рисунок), магнитное поле у данного атома будет. Если же они направлены встречно (электрон вращается в другую сторону), магнитного поля не будет, так как данные поля компенсируют друг друга.

А что же представляет собой обычный металлический магнит? Атомы магнитного материала, скажем, железа, имеют собственные магнитные поля, но ориентированы они хаотично (беспорядочно), так как плоскости вращения электронов расположены по-разному. Поэтому суммарное внешнее магнитное поле гвоздя, обычно, равно нулю. К нему не притягиваются другие гвозди. Но! Если мы расположим на некоторое время гвоздь рядом с сильным магнитом, или, намотав на гвоздь катушку, пропустим по ней ток,

гвоздь, после окончания воздействия, начнет притягивать железные предметы. Это происходит из-за того, что магнитные поля атомов, из которых состоит гвоздь, под воздействием внешнего магнитного поля, сориентировались одинаково, как стрелки множества маленьких компасов.

На самом деле даже в ненамагниченном гвозде атомы расположены упорядоченно в пределах небольших участков, называемых доменами. Но сами домены относительно друг друга ориентированы хаотично.

Внешнее магнитное поле упорядочивает именно домены, своеобразные микро магниты, которые потом выглядят так:

Знание факта, что магнитное поле - это своеобразное изгиб-кручение пространства, вызванное движением зарядов, позволяет понять, почему не существует отдельного "северного" или "южного" магнита, в то время, как заряды подразделяются на положительные и отрицательные. Магнит можно распилить поперек на любое количество кусочков, и у каждого кусочка будут свои полюса.

Магнитное поле - некое вихревое (кольцевое) смещение. Полюс магнита указывает направление этого смещения.

Но и электрическое поле - поле возникающее между разноименными зарядами - можно рассматривать как деформацию пространства. С той разницей, что в отличие от вихревого магнитного, данное смещение линейное - простирается от положительного заряда к отрицательному. Оно проявляется во взаимном притяжении разноименных зарядов: тела заряженные положительно и отрицательно (то есть, с дефицитом и избытком электронов), взаимно притягиваются. Так, как будто между ними пространство растянуто, как резинка, и пытается сжаться. Тела же с одноименными зарядами - отталкиваются друг от друга (пространство сжато, стремится растянуться).

Как заряженные тела могут взаимодействовать через пустое пространство? Выглядит именно так, как будто пространство сжимаемо и растяжимо (пусть даже это и похоже на попытку натянуть сову на глобус. Что поделать: нашему восприятию легче опираться на какие-то знакомые материальные образы). Появление заряда любого знака в одной точке пространства, сказывается на всем пространстве. Так же, как капля на паутине вызывает ее растяжение,

и чем ближе к капле, тем это растяжение заметнее. Только пространство - "паутина" не плоская, а трехмерная. Что-то типа матрицы из известного фильма.

Есть очень занимательный опыт, иллюстрирующий данную аналогию. Выше мы наблюдали магнитное поле вокруг проводника с током и вокруг одиночного движущегося заряда. Тут, вроде бы, все более-менее понятно: тело движется, закручивая пространство вокруг себя. Но, оказывается, магнитное поле можно создать и без физического движения зарядов. Магнитное поле обнаружилось между обкладками конденсатора. Оно возникает там только в процессе заряда или разряда.

Что такое конденсатор? Это две параллельные пластины из материала, проводящего ток. Если к одной из пластин подключить плюс источника тока, к примеру, батарейки, она зарядится положительно - на ней появится дефицит электронов.

Ко второй пластинке подключим минус батарейки, на ней будет избыток электронов. А между пластинами (напомню - между ними зазор) возникнет то, что называют электрическим полем.

Нас же в данный момент интересует возникающее в процессе заряда конденсатора магнитное поле. Вот как это выглядит:

У батарейки плюс справа. При замыкании выключателя, потечет кратковременный ток заряда, направленный к верхней пластине. Понятно, что вокруг проводников, соединяющих батарейку и обкладки, появится столь же кратковременное магнитное поле. Однако, это поле появляется и там, где физического перемещения зарядов нет - между обкладками конденсатора! Круто, да?

Это похоже на натяжение неких нитей между пластинами. И пока эти нити натягиваются, вокруг них существует магнитное поле - точно такое же, как вокруг соединительных проводов. Что будет заметно по кратковременному развороту компасов, расположенных между обкладками.

Отключим батарейку. Пластины при этом сохраняют заряд - на одной плюс, на другой минус. Если теперь каким-либо проводником замкнуть их между собой, электроны перебегут с обкладки, на которой их избыток, на ту, где их не хватает. Электроны всегда себя так ведут, если есть возможность. Замыкая пластины, мы им такую возможность даем - появляется путь, как говорят, выравнивания потенциалов пластин. И в момент, пока течет ток разряда, между обкладок снова появляется магнитное поле! То есть там "ничего" совершило работу - развернуло магнитики-компасы. Так, как будто натянутые прежде нити вернулись в прежнее состояние. И в процессе расслабления создали вихревое магнитное поле вокруг себя - на этот раз противоположного направления. Чудеса, да и только.

Теперь посмотрим, как взаимодействуют между собой проводники с током. Смотреть будем с точки зрения нашей совы на глобусе:

Два параллельных проводника с током направленным "от нас". Крестики означают как бы хвостовики стрелок. Магнитные поля обеих токов закручены штопором по часовой. В пространстве между проводниками, направления этих полей противоположны, а стало быть, частично гасят друг друга. За пределами же проводников (на рисунке не показано, чтобы не загромождать его, на деле кольца магнитных полей простираются вокруг каждого проводника гораздо дальше, как на рисунке ниже), эти поля наоборот, складываются, усиливая друг друга. Получается, что между проводниками пространство слабо деформировано, а за ними - слева от левого и справа от правого проводника, деформировано очень сильно. И эта деформация толкает проводники друг к другу, в зону слабо деформированного пространства.

Поэтому проводники с током, направленным в одну сторону, притягиваются:

На этом же рисунке видно, что проводники с противоположными токами отталкиваются.

Наша сова предсказывает, что в данном случае картина будет обратная (в левом проводнике ток "от нас", в правом - "к нам"):

Между проводниками поля складываются, усиливая деформацию пространства. И эта деформация расталкивает проводники. Слева и справа от них, поля наоборот, частично компенсируют друг друга.

Вот вам еще картинка

на которой видны магнитные поля за пределами проводников.

Вот еще интересный вопрос: а что будет происходить с двумя одинаково заряженными телами, летящими в одну и ту же сторону? Раз они заряжены одинаково - должны отталкиваться. Но их магнитные поля должны их наоборот, сближать. Поведение электронов, вылетающих из электронной пушки в кинескопе телевизора, а также в трубке осциллографа, свидетельствует об их взаимном отталкивании. Приходится применять специальные меры, для фокусировки электронного луча.

Какие тут могут быть соображения? Либо параллельно летящие частицы "не замечают" магнитных полей друг друга, как упомянутая в начале темы рыба, плывущая параллельно катеру. Либо, взаимное притяжение частиц мало из-за малой скорости их движения. Ведь наведенное зарядами магнитно поле зависит от силы тока, то есть, от количества и скорости движения зарядов. Точного ответа у меня нет. Впрочем:

Существует еще, так называемая, сила Лоренца. Ее действие заключается вот в чем: заряженное тело, движущееся в магнитном поле отклоняется в сторону. Слово Пушному:

Понятно, что точно так же отклоняется и проводник с током, ибо нет разницы - летят частицы в вакууме, как у Пушного, или движутся в проводнике:

Смотрим с точки зрения деформации пространства:

прпр

Электромагнитная индукция. Диа- парамагнетики.

Взаимодействие проводников с током. Сила Лоренца.

прпрпрр

Напряжение (разность потенциалов).

Электрическое напряжение - аналог водяного давления. Вы можете прочувствовать это напряжение собственным телом: откройте водяной кран, и попробуйте перекрыть воду пальцем. Давление, действующее на палец - и есть "напряжение". Если убрать палец - польется вода - это аналог электрического тока.

Если крутить рукоятку насоса, давление воды в верхнем шланге увеличится (качаем "вверх"), а в нижнем шланге - уменьшится. Возникнет разность давлений между шлангами. Эта разность давлений позволит работать гидромотору, если его подключить к шлангам.

Взглянем на выводы электрогенератора (в нашем случае - катушки, при поднесении к ней магнита):

на отрицательном выводе электронов избыток - их больше, чем протонов. На положительном выводе генератора электронов не хватает. Понятно, что если мы замкнем выводы генератора, электроны потекут оттуда, где их больше, туда, где их меньше, то есть с одного вывода генератора на другой, по замкнутой цепи: минусовой вывод генератора - проводник - плюсовой вывод генератора.

Запомним: электрическое напряжение означает избыток или дефицит электронов на поверхности тела. Если электронов больше, напряжение отрицательное, если электронов не хватает - напряжение положительное. Чем больше избыток или дефицит электронов на поверхности тела, тем выше напряжение (потенциал) этого тела.

А почему избыток или недостаток электронов бывает именно но поверхности тел?

Происходит это по простой причине: лишние электроны отталкиваются друг от друга, так как одноименно заряжены. А где электроны будут на максимальном расстоянии друг от друга? На поверхности тела, где же еще.

Если же электронов в теле не хватает (тело заряжено положительно - протонов больше, чем электронов), картина обратная - ядра будут притягивать электроны, загоняя их внутрь. Снаружи тела окажется дефицит электронов. Но это означает, что поверхность тела заряжена положительно. Опять заряд на поверхности!

То же самое будет происходить в шланге с водой, один конец которого закрыт, а внутри шланга находится поршень, которым мы можем создать либо пониженное давление (левая картинка), либо повышенное (правая).

Или же посмотрим на водяной аналог электрических цепи насос - гидромотор. Вода представляет собой практически несжимаемую жидкость. Поэтому тот шланг, в который мы нагнетаем воду, по которому вода поступает к нагрузке, будет разбухшим от избыточного давления. Примерно так же выглядит отрицательный провод источника напряжения, "разбухшим" от находящихся на его поверхности электронов. Шланг же, из которого мы воду откачиваем, будет наоборот, уменьшаться в диаметре. Здесь тоже просматривается аналогия с электронами, но теперь уже на положительном выводе - снаружи там дефицит электронов.

Такую картинку нужно держать в голове, рассуждая об электрическом напряжении.

Электроны всегда текут оттуда, где их больше, туда, где их меньше. То есть, от точки с высоким потенциалом, к точке с меньшим потенциалом.

Как и вода, электроны "по дороге" могут совершить работу - вращать электродвигатель, зажечь лампу и т.д.

Выше упоминалось, что проволочная катушка при пропускании через нее тока, превращается в электромагнит. Если такую катушку подвесить на оси в поле постоянного магнита, при пропускании через нее тока, он начнет вокруг этой самой оси поворачиваться - за счет притягивания разноименных полюсов катушки и магнита:

"Южный" полюс катушки-электромагнита притягивается к "северному" полюсу постоянного магнита, и отталкивается от его "южного" полюса. На "северном" полюсе катушки - такая же картина.

К клеммам вольтметра (к концам катушки) подключается источник тока (или любые две точки схемы, между которыми нужно определить напряжение). В зависимости от направления тока в катушке, стрелка отклонится или влево или вправо (от направления тока зависит то, с какого торца катушки окажется северный (N), а с какого южный (S) полюс. Угол отклонения стрелки покажет напряжение, выдаваемое источником тока. Ибо чем выше это напряжение, тем сильнее магнитное поле катушки. Чтобы не влиять на измеряемую схему, вольтметр должен обладать высоким сопротивлением, иначе его показания окажутся заниженными за счет того, что часть тока пойдет через него (примерно, как если бы манометр пропускал воздух).

Как у постоянного магнита, так и у электромагнита, силовые линии выходят из северного полюса (N) и входят в южный (S). Силовые линии магнита замкнуты (имеют форму кругов и овалов, непрерывны), поэтому их называют вихревыми.

Ампер.

Если упомянутые выше 6,25*10^18 электронов (1 кулон) прошли через проводник за одну секунду значит, сила тока в этом проводнике один ампер. Ампер - это ток 1 Кл в секунду. 1 А = 1 Кл/сек.

Сила тока измеряется амперметром. Он устроен и выглядит примерно так же как и вольтметр - подвижная (вращающаяся) катушка с измеряемым током в поле постоянного магнита. Чем сильнее ток через амперметр, тем сильнее поворачивается стрелка.

Амперметр показывает, сколько кулон в секунду проходит через проводник. То есть, количество электронов за единицу времени.

Чтобы не влиять на измеряемую схему (не мешать прохождению тока через нагрузку), амперметр, в отличие от вольтметра, должен обладать минимальным сопротивлением. Поэтому в нем используется катушка с меньшим количеством витков и более толстым проводом - чтобы не мешать движению электронов.

Амперметр включают в разрыв цепи, последовательно с нагрузкой (потребителем энергии). Амперметр, по сути, расходомер электронов.

Добрая половина любителей, покупающих измерительные приборы, лишаются оных, пытаясь “измерить силу тока в сети”. Из сказанного выше понятно, что делать этого не стоит. Низкое сопротивление амперметра приведет к большому току через него и выходу оного из строя. Амперметр должен измерять ток через нагрузку - какой-либо прибор или иной элемент цепи, а не через самого себя.

Ниже схема подключения амперметра (А) и вольтметра (V). Слева - источник тока (батарея), R - нагрузка. Ток течет от плюсового (верхнего) вывода батареи через нагрузку R к минусовому (нижнему) выводу. Внутри батареи перемещение электронов осуществляют сторонние в данном случае, химические, силы.

Амперметр считает ток (количество электронов, проходящих за единицу времени) через нагрузку R, потому последователен с ней. Вольтметр же, измеряет разность потенциалов (аналог разности давлений) на концах нагрузки, потому ей параллелен.

Гидравлический эквивалент этой схемы:

насос качает воду вверх (по стрелке), через нагрузку-гидромотор вода возвращается в насос. Чем больше поток жидкости в трубах, тем больше он отклоняет вправо стрелку "амперметра". Чем больше разность давлений на концах нагрузки, тем ниже опустится подпружиненный поршень со стрелкой в центре "вольтметра". По этой схеме понятно, что амперметр должен обладать минимальным сопротивлением (чтобы не мешать потоку воды), а вольтметр - максимальным (чтобы вода шла через нагрузку, а не через него).

Сопротивление. Закон Ома.

Любая труба оказывает сопротивление потоку жидкости. Чем уже и длиннее труба, тем больше ее сопротивление. Для проводников сие тоже справедливо. Чем тоньше и длиннее проводник, тем труднее электронам преодолевать препятствие. Кроме того, сопротивление зависит от материала проводника. Чем большее сопротивление проводника, тем меньший будет проходить через него ток.

Сопротивление - это способность проводника мешать движению электронов.

.

Чтобы узнать сопротивление проводника R, необходимо напряжение, приложенное к нему (U), разделить на протекающий через него ток (I).

Чем больше проводник сопротивляется току, тем меньше электронов проходит через него за единицу времени - логично же?

Сопротивление проводника R - это отношение приложенного к нему напряжения к проходящему через него току: R = U/I.

Важно понять: это просто определение. Физики договорились, что сопротивлением будет считаться число, показывающее во сколько раз ток через проводник (в амперах) меньше приложенного к нему напряжения (в вольтах).

Все равно, как на схеме гидравлического аналога выше, сопротивлением нагрузки-гидромотора считали бы число, полученное делением показаний "гидровольтметра" - индикатора давления на показания "гидроамперметра" - расходомера: сопротивление равно давлению деленному на расход жидкости. Если наш источник выдает постоянное "напряжение" (давление) жидкости, показания гидровольтметра также будут постоянными. Показания же гидроамперметра зависят от сопротивления нагрузки. Допустим, мы в два раза увеличили сопротивление нагрузки потоку жидкости, к примеру, поставив заслонку не его пути. Это означает, что через гидроамперметр пройдет вдвое меньший поток, и его стрелка отклонится на вдвое меньший угол. Разделив показания гибровольтметра на новые показания

гидроамперметра, мы получим цифру в два раза меньше исходной. Эта цифра и есть сопротивление проводника.

Если в верхней схеме мы подключим к источнику напряжением 10 В проводник R, и амперметр покажет ток через него 1 А, то разделив десять на один, мы узнаем, что сопротивление R равно 10 Ом.

R = U/I = 10/1 = 10 Ом.

Увеличить ток через проводник можно увеличив приложенное к нему напряжение (все равно как поток жидкости через трубу увеличивается при повышении разности давлений на ее концах). Но при любом раскладе, соотношение напряжения и тока остается для одного и того же проводника постоянным. Это соотношение и называется сопротивлением.

Удвоим напряжение, подадим на тот же проводник 20 В. Ток при этом тоже удвоится - до 2 А. Но разделив 20 В на 2 А мы получим те же 10 Ом.

R = U/I = 20/2 = 10 Ом.

Сопротивление проводника - величина постоянная.

Если же при напряжении 10 В, ток через проводник равен 2 А, значит, его сопротивление

R = U/I = 10/2 = 5 Ом.

А если при таком же напряжении, 10 В, амперметр покажет нулевой ток? Какое тогда сопротивление R? Бесконечное, чего там думать. Деление на ноль дает бесконечность.

Если же ток через проводник стремится увеличиться до бесконечности, значит, сопротивление проводника близко к нулю. Такая ситуация называется "короткое замыкание" и может привести к повреждению и возгоранию элементов цепи, так как выделяется большая мощность в виде тепла.

Рассмотрим схему внизу. В левой ее части батарея, напряжением 12 В, к ней проводами последовательно (одна за другой) подключены две одинаковые лампы, рассчитанные на напряжение 6 В. Понятно, что напряжение батареи поделится между лампами поровну. Ибо нет причин для иного. Напряжение (говорят "падение напряжения”) на каждой лампе составит 6 В.

А что, если подключить к той же батарее последовательно три лампы на 6 В? Неужели общее напряжение на них будет 18 В?

Нет, конечно. Источник напряжения - батарея. И больше того, что она выдает, взять неоткуда. Напряжение точно так же поделится поровну, только на три лампы. Каждой достанется по трети напряжения - по 4 В. Обозначение на лампе “6 В” означает, всего лишь то, что она рассчитана на такое напряжение. Если подать на нее меньше, как в нашем случае, будет светить слабо. Подать больше - перегорит спираль.

Заметим: раз напряжение, приходящееся на одну лампу равно 4 В, напряжение на двух соседних лампах составит 8 В: вольтметр V3, подключенный к верхнему выводу лампы R2 и нижнему выводу R3, покажет напряжение 8 В.

Раз на каждой лампе - по 4 В, на двух же - 8 В? Точно. На трех лампах - 12 В.

Две одинаковые лампы, понятно, обладают сопротивлением в два раза большим, чем одна. И потому падение напряжения на них вдвое больше. Отсюда вывод: падение напряжения больше на большем сопротивлении. Или: падение напряжения на участке цепи пропорционально его сопротивлению.

А это, собственно, и есть закон Ома:

U = I*R.

Это та же самая формула R = U/I, просто записанная иначе - ток I перенесен на другую сторону знака =. Ибо в данном случае нас интересует напряжение U.

U - напряжение (разность потенциалов на концах участка)

I - ток

R - сопротивление участка.

Ток I через все три лампы проходит один и тот же. Не может же через одну из ламп протекать больше электронов, чем через другую? Путь-то один!

Вот и получается, что больше всего падение напряжения на том участке, где больше сопротивление R.

Но нельзя забывать, что напряжение не берется из ниоткуда. Оно - от источника тока. И чем больше сопротивление участка, тем большая доля от этого напряжения достанется этому участку.

Поясним на предельном примере:

Пока выключатель разомкнут, верхний вольтметр показывает напряжение, равное напряжению источника тока. Почему так? Разве лампа (кружок с крестиком) не “ослабляет” напряжение? Нет. Вспомните: падение напряжения больше на большем сопротивлении. Сопротивление лампы ничтожно мало, по сравнению с бесконечным сопротивлением разомкнутого выключателя. Поэтому все напряжение "падает" на выключателе.

Правый же вольтметр, покажет нулевое напряжение, ибо разорвана цепь к нему. Нету разницы “давлений” на выводах лампы. Получается точно по науке - чем больше сопротивление участка цепи, тем больше падение напряжения на нем.

Теперь замкнем концы выключателя. Сопротивление его в этом положении близко к нулю. Понятно, что верхний вольтметр этот самый ноль и покажет - нет разницы “давлений” слева и справа. Оно сравнялось. Зачем электронам идти через высокое сопротивление верхнего вольтметра, когда есть параллельный хайвей - замкнутый выключатель? Дурных нема. Зато теперь все напряжение будет приложено к лампе. Теперь у нее в цепи самое большое сопротивление. Создается своеобразный затор, скопление электронов перед ней. Поэтому правый вольтметр покажет напряжение, выдаваемое источником.

Хорошая аналогия с магазином. Пока дверь магазина закрыта, давление неподвижной толпы приложено к двери. С одной стороны двери много народу, с другой - никого. Открыли дверь - давление на нее упало до нуля. Теперь давление образовалось на кассе - там самое узкое место, самое медленное движение. Там такая же картина - перед кассой толпа, после - свободно. Такая "разность давлений толпы".

Зная сопротивление участка цепи и ток через него, можно рассчитать напряжение на концах участка (что и рассматривалось выше): U = I*R.

Математика позволяет записать это уравнение иначе, например:

I = U/R - сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

В самом деле: чем сильнее мы "давим" напряжением на электроны, тем больше ток. И чем больше сопротивление движению электронов, тем меньше ток.

Лично мне не нравится выражение "сила тока", оно вводит в некоторое заблуждение, ибо речь не о некоей "силе", а всего лишь о количестве зарядов, протекающих в единицу времени. Корректнее было бы говорить просто "ток". Мы же не говорим "сила потока в трубе". Слово "сила" подошло бы, скорее, к напряжению ("сила напряжения"), так как именно напряжением определяется сила, воздействующая на заряды и приводящая их в движение. Но традиция есть традиция.

Еще вариант записи: R = U/I.

В таком виде, закон Ома позволяет определить сопротивление участка цепи, не пользуясь омметром: измеряем ток в цепи и напряжение между началом и концом участка и по этой формуле определяем сопротивление участка цепи.

Зависимость сопротивления металла от температуры.

Температура любого тела есть скорость хаотического движения или колебания молекул или атомов, из которых оно состоит. Чем быстрее они движутся или колеблются, тем выше температура тела. В жидкостях и газах молекулы беспорядочно перемещаются относительно друг друга:

В основе термического (путем нагрева) приготовления пищи, лежит именно это явление - длинные органические молекулы разрываются на более короткие фрагменты, которые желудку проще переварить, под воздействием сильной вибрации за счет нагрева. Это все равно что сложить в коробку длинные фигуры, составленные из деталей конструктора "Лего", и сильно их потрясти - они тоже развалятся на части.

Атомы же металлов (как и других твердых веществ) привязаны к своему месту, и не могут его покинуть. Температура металла характеризуется скоростью хаотического (ненаправленного) движения содержащихся в нем электронов, а также амплитудой колебаний атомов в узлах решетки (атомы металлов располагаются в виде упорядоченных повторяющихся структур, называемых решетками). Пока температура металла низкая, электроны свободно проходят сквозь решетку, при повышении же температуры, колебания атомов препятствуют их прохождению (так же, как тряска мешает идти вдоль автобуса), в итоге сопротивление металла растет:

И - практический опыт:

Если же разогреть проводник очень сильно, он начинает светиться. Именно за счет разогрева током, излучает свет нить лампы накаливания. Температура - мера скорости движения или колебания атомов. То есть, при нагреве атомы начинают очень сильно колебаться (отклоняться от среднего положения) туда - сюда. А колебание любого заряженного тела приводит к тому, что вокруг него образуется переменное электромагнитное поле - как волны, исходящие от поплавка, колеблющегося на поверхности воды. Чем выше температура, тем интенсивнее и чаще колебания (температура и есть скорость колебаний атомов или молекул).

При определенной температуре, частота электромагнитных колебаний попадает в пределы, которые воспринимает наш глаз: свет - это тоже электромагнитная волна, и глаз - приемник электромагнитных волн определенного диапазона частот!

Очень наглядно показана связь амплитуды колебаний атомов с температурой и вызываемое этим колебанием свечение, на примере разогрева графеновой пленки на этой анимации:

То же самое справедливо для реки, делящейся на протоки.

И для тока в проводниках - тоже. Не забываем: ток - движение электронов. Поэтому суммарный ток через схему, будет равен току через батарею.

Сумма показаний амперметров 2 и 3 будет равна показаниям амперметра 1 (кружки с крестиками - условное обозначение лам накаливания). Часть электронов пройдет по левой ветке, часть по правой. Потом они сольются в один поток.

Слева источник пульсирующего давления - ручной насос. Дергаем его рукоятку вверх - вниз, и, если бы не клапан в поршне, вода бегала бы то по часовой, то против. Но наличие клапана “выпрямляет” поток - направляет его в одну сторону. Когда поршень движется вверх, вода тоже. Когда поршень вниз, клапан в нем открывается, и движения воды нет. Таким образом, мы толчками прогоняем воду по часовой стрелке через нагрузку (правый кружочек). Но! В моменты повышения давления в верхней трубе, смещается вниз поршень в нашем “гидроконденсаторе”. В моменты же покоя, когда поршень насоса идет вниз, давление в верхней части поддерживается возвращающимся (под действием пружин) поршнем конденсатора. И тогда на нагрузке мы получаем сглаженное давление.

Точно так же, электрический конденсатор служит для сглаживания скачков напряжений - “впитывает” электроны про повышении напряжения, и отдает при его понижении.

Через конденсатор может течь переменный ток.

Как это? Конденсатор же есть две железки (пластины) разделенные диэлектриком?

Покажем на примере аналога. Соединим те же штуки в ином порядке:

Убран клапан в насосе, ибо нам необходим переменный ток жидкости. Дергаем рукоятку насоса вверх-вниз, точно так же будет смещаться поршень в аналоге конденсатора. И такой же поток будет проходить через нагрузку. Получается, “гидроконденсатор” не препятствует потоку, движущемуся то туда, то сюда. Понятно, что поток одного направления через него невозможен.

Такая же картина с конденсатором электрическим. При подаче на него переменного напряжения, избыток электронов собирается то на одной обкладке, то на другой. А перебегают они через нагрузку (на рис .10 - через лампу). А это означает, что через нее течет переменный ток. Подробнее.

Чем больше емкость конденсатора, тем меньшее сопротивление он оказывает переменному току. Кроме того, сопротивление конденсатора зависит и от частоты тока - чем чаще меняется направление (выше частота) тока, тем ниже сопротивление конденсатора. Аналог поможет понять почему - смещая поршень чаще, мы перекачиваем больший объем жидкости за единицу времени, почти не деформируя возвратные пружины. А больший объем жидкости соответствует большему току через конденсатор. Больший ток означает меньшее сопротивление. Вот и все.

Формула емкостного сопротивления конденсатора (сопротивления переменному току): Xc=1/2Пи*f*c, где Xc - сопротивление конденсатора, Пи - 3,14, f - частота тока, c - емкость данного конденсатора.

К примеру, сопротивление конденсатора Xc емкостью 1 мкФ (1*10^-6 Ф), подключенного к бытовой сети (частота 50 Гц), равно 1/2*3,14*50*1*10^-6 = примерно 1500 Ом. Такой же конденсатор, подключенный к сети с частотой, допустим, 500 Гц, будет обладать в 10 раз меньшим сопротивлением. Во сколько раз больше частота, во столько раз меньше сопротивление.

Индуктивность.

Магнитное поле проводника с током. Движущийся заряд в магнитном поле. Проводник с током в магнитном поле. Взаимодействие проводников с током. Катушка индуктивности.

Упругая деформация пространства движущимся зарядом с резьбой.

бла.

Трансформатор.

Трансформатор - прибор для преобразования переменного напряжения, для изменения его размаха. Собственно, поэтому переменное напряжение и используется в электрической сети - из-за удобства его трансформации.

Вспомним катушку индуктивности, описанную в самом начале: если через нее пропускать ток, у нее появляется магнитное поле. Если же ток через нее переменный, то и ее магнитное поле будет меняться с частотой изменения направления тока.

И еще мы знаем, что если рядом с катушкой находится источник переменного магнитного поля, на ее концах появляется переменное напряжение.

Итак, имеется катушка-электромагнит - источник переменного магнитного поля, и катушка-приемник, которая преобразует энергию этого поля в переменное напряжение. Если эти обе катушки надеть на один сердечник-магнитопровод, получится трансформатор. Магнитопровод нужен, чтобы магнитное поле не расходилось в окружающее пространство, для концентрации магнитного потока.

Так выглядят силовые линии катушки с током без сердечника:

На изображении же трансформатора (внизу) видно, что силовые линии магнитного потока концентрируются в сердечнике.

зм

Рис. 7

Магнитопровод трансформатора состоит из материала, содержащего магнитные домены - очень маленькие магнитики, при отсутствии внешнего магнитного поля ориентированные хаотически (беспорядочно):

При появлении внешнего магнитного поля (то есть, при пропускании тока через первичную обмотку трансформатора), домены разворачиваются вдоль магнитопровода,

при этом весь магнитопровод превращается в магнит, передавая это самое поле на вторичную обмотку.

В этот момент на выводах вторичной обмотки появляется напряжение.

Так как ток через первичную обмотку меняет направление 50 раз в секунду (такова частота напряжения в сети), с такой же частотой меняют ориентацию (направление) домены. А значит, и магнитное поле во второй катушке. Поэтому на второй катушке (на выходе трансформатора) появляется напряжение с той же самой частотой - 50 Гц.

Соотношение входного и выходного напряжения трансформатора равно соотношению количества витков в обмотках, потому, что напряжение в каждом витке трансформатора одинаково - как в первичной, так и во вторичной обмотке. Если, допустим, в первичной обмотке витков в два раза больше чем во вторичной, трансформатор понизит напряжение ровно вдвое. Напряжение в бытовой сети равно 220 В. Если левая (входная) обмотка состоит из 220 витков, напряжение на каждом витке будет один вольт - никакой фантастики, входное напряжение делится равномерно между входными витками. И каждый виток вторичной (правой) обмотки будет отдавать такое же напряжение - тот же 1 В. Нужно нам на выходе 10 В - мотаем 10 витков. Нужно 100 В - мотаем 100. Довольно просто.

Токи же в обмотках наоборот, обратно пропорциональны количеству витков в них. Больше витков - меньше ток, меньше витков - больше ток.

Если в одной обмотке 10 витков, и ток через нее 10 ампер (10 А), а во второй обмотке 100 витков, то можно с уверенностью утверждать, что ток в ней 1 А. То есть, произведение напряжения на ток (а это есть мощность U*I) одинаково для обоих обмоток. В обоих обмотках - одинаковая мощность.

Все остальное совершенно идентично.

Кроме биполярных, придуманы транзисторы полевые. Если биполярные транзисторы управляются током базы, то полевые - напряжением (электрическим полем - отсюда название) на электроде, называемом "затвором". Действует он примерно так же, как затвор на плотинах, перекрывающий поток воды.

Пока на затворе (З) нет напряжения, ток свободно протекает от стока (С) к истоку (И). Подаваемое на затвор напряжение отталкивает носители заряда, отвечающие за ток в канале транзистора. При этом, сечение канала сужается, и, понятно, его сопротивление увеличивается. При определенном напряжении на затворе (называемом "напряжение отсечки"), канал сток - исток запирается полностью. Гидравлический аналог полевого транзистора будет выглядеть так:

Эти волны вызовут колебания магнитной пластинки. Изменение магнитного поля в катушке из-за перемещения пластинки, приведет к появлению на выводах катушки переменного напряжения, точно соответствующего форме звуковых волн. Мы с вами изобрели микрофон.

Заметим, что такой тип микрофона (он называется электродинамическим) - обратимый прибор: если на катушку подать переменное напряжение звуковой частоты, магнитная пластинка, то притягиваясь, то отталкиваясь от катушки, воспроизведет звук.

ВСЕ СХЕМЫ С ДРУГОГО КОНЦА - ОТ ПОТРЕБНОСТЕЙ. ФОРМИРОВАТЬ.

Фонарик.

Что нам нужно? Чтобы светилась лампочка. Что для этого требуется? Энергия. Где ее взять? Раз лампа “работает от электричества”, очевидно, в электрической батарейке.

Батарейка - наш источник энергии. На ее отрицательном (нижнем по схеме) выводе образуется избыток электронов, на положительном - недостаток. То есть, разность потенциалов. И если замкнуть выключатель, через него и лампу пойдет ток - двинутся электроны от минуса к плюсу. От проходящих через спираль лампы электронов, спираль раскалится и начнет светиться.

Стрелка на схеме показывает направление тока - обратное движению электронов. Такой косяк возник из-за того, что ток начали изучать раньше, чем обнаружили, что его носителем чаще всего являются электроны - отрицательно заряженные частицы.

Мост.

Вместо лодок можно использовать, к примеру, две параллельные доски, плавающие на поверхности воды.

ФАР

Расческа в воду под углом.

Модуляция, речь, как пример, местные уплотнения воздуха - больше-меньше молекул, несущая частота на кругах на воде.

Процессы в колебательном контуре и аналоге. Последовательный и параллельный контуры.

Радиоволны, как процесс распространения деформации.

Термоэлементы

Электровакуумные приборы, эмиссия электронов