Чтение онлайн

6. Шутя можно сказать, что величина э. д. с. — типичное очковтирательство. Дело в том, что в любом генераторе есть собственные внутренние потери Rвн, и на них расходуется часть э. д. с. (Uвн). Поэтому в «рабочей обстановке» при замкнутой цепи напряжение UГ на выходе генератора (часто говорят: на зажимах) всегда меньше, чем э. д. с. С увеличением нагрузки (увеличить нагрузку — это значит уменьшить Rн), то есть с увеличением потребляемого тока Iн, напряжение на зажимах падает (6, б).

7. Если участки цепи в простейшем случае сопротивления соединены параллельно (7, а), то общий ток, проходя через них, разветвится — большая часть тока пойдет по пути наименьшего сопротивления (7, б, в). Обычно одно из сопротивлений по каким-то причинам считают главным, а второе называют шунтом, ответвлением. Подключение шунта и ответвление некоторой части общего тока от главного пути называют шунтированием. Чем сильнее зашунтирован главный участок R2 (то есть чем меньше Rш), тем меньшая часть общего тока идет по основному пути.

При параллельном соединении общее сопротивление (7, г) всегда меньше наименьшего из сопротивлений, а при большой разнице между R2 и Rш примерно равно наименьшему. Если R2 = Rш то общее сопротивление равно половине одного из них.

Анализ сложных электрических цепей чем-то напоминает игру в шахматы — нужно одновременно удерживать в памяти довольно много данных, предвидеть события на много ходов вперед. Для иллюстрации сказанного попробуйте уменьшить Rш на нашей довольно простой схеме. При этом уменьшится RАБ и, как следствие, снизится общее сопротивление всей цепи (7, д), возрастет ток Iобщ, а это, в свою очередь, увеличит напряжение U1. К этому выводу, правда, можно было прийти и более коротким путем: если уменьшить Rш, то изменится соотношение сопротивлений делителя R1:RАБ, а значит, и соотношение напряжений U1:UАБ (5, з).

8. Мощность Р, потребляемая каким-либо участком электрической цепи (8, а), в равной степени зависит и от тока I и от напряжения U на этом участке (8, б). Чем больше напряжение, тем большую работу выполняет каждый движущийся заряд; чем больше ток, тем более массовый характер носит движение зарядов, большее число «работников» проходит по проводнику в единицу времени. Все это говорит о том, что одну и ту же мощность можно получить при большом токе и малом напряжении или, наоборот, при большом напряжении и малом токе (8, д). Подставляя в формулу мощности выражения для I или U, взятые из закона Ома для участка цепи (5, д, е), получаем удобные расчетные формулы (8, в, г).

Табл. 8, е аналогично табл. 4, д дает комплекты единиц для расчетов мощности.

9. Взглянув на графики 9, б и в, вы, очевидно, сразу поняли, что мы начинаем новую главу воспоминаний. Ее можно было бы назвать: «Что нужно постоянно помнить о переменном токе». На графиках показан синусоидальный переменный ток и такое же напряжение. Практически мы будем почти всегда иметь дело с переменными токами сложной формы.

Эффективным называют такое значение тока или напряжения, которое говорит о его способности выполнять работу в среднем за весь период. Ясно, что эффективное значение меньше амплитудного: ведь амплитуда — это довольно редкое явление, своего рода трудовой рекорд. Когда приводят данные генератора или потребителя электроэнергии, одним словом, почти всегда, когда говорят о переменном напряжении, токе или мощности, имеют в виду только их эффективные значения Uэф, Pэф и Iэф, которые для синусоидального тока легко перевести в амплитудные (9, г, д, е, ж, з). Монополия эффективных значений настолько укрепилась, что индекс «эф» теперь почти никогда не ставят. И если возле букв U, I, Р нет индекса «эф», значит речь идет об эффективном значении.

Для переменного тока действительны те же соотношения между э.д.с., сопротивлением, напряжением, током и мощностью, которые были приведены для постоянного тока (рис. 30, 4, 5, 6, 7, 8). Однако эти соотношения действительны только для цепей, которые состоят из активных сопротивлений. Как только в цепи появляется так называемый реактивный элемент, например конденсатор или катушка, все электротехнические законы и правила приобретают уже совсем другой вид.

10. Постоянного тока конденсатор не пропускает — между его обкладками находится слой изолятора. Но когда конденсатор заряжается (10, а) и разряжается (10, в), в его цепи все-таки возникает кратковременный ток — заряды двигаются на обкладки или уходят с них. Под действием переменного напряжения циклы заряд-разряд происходят непрерывно, и в цепи конденсатора протекает переменный ток (10, г). Естественно, что величина тока зависит от напряжения: чем больше Uс, тем больше Iс. Кроме того, ток возрастает с увеличением частоты: чем больше f, тем чаще двигаются заряды «туда-обратно» и тем опять-таки больше Iс. Наконец, есть еще один способ увеличить ток: нужно взять конденсатор большей емкости. Чем больше емкость С, тем большее число зарядов накапливается на обкладках, тем интенсивнее их движение во время заряда и разряда. Учитывая все это, конденсатор представляют в виде некоторого условного сопротивления — емкостного сопротивление хс, от которого зависит величина тока.

Само же хс зависит от частоты и емкости конденсатора (10, д, е, ж, з; формулы действительны только для синусоидального тока); с увеличением f или С величина хс падает (ток возрастает). Сопротивление хс называют реактивным. Оно не потребляет энергии, а лишь влияет на величину тока. Вместо примеров приводим таблицу значений хс для некоторых частот и некоторых емкостей конденсатора (табл. 10).