Загрузка...Куда течет электричество
Куда течет электричество
В электрической цепи, включающей источник тока и потребитель электроэнергии, возникает электрический ток. Но в каком направлении возникает этот самый ток? Традиционно считается, что во внешней цепи ток имеет направление от плюса источника к минусу в то время, как внутри источника питания — от минуса к плюсу.
И действительно, электрический ток — это упорядоченное движение электрически заряженных частиц. В случае, если проводник изготовлен из металла, такими частицами служат электроны — отрицательно заряженные частицы. Однако во внешней цепи электроны движутся именно от минуса (отрицательного полюса) к плюсу (положительному полюсу), а не от плюса к минусу.
Если включить во внешнюю цепь полупроводниковый диод, то станет ясным, что ток возможен лишь тогда, когда диод подключен катодом в сторону минуса. Из этого следует, что за направление электрического тока в цепи принимают направление противоположное реальному движению электронов.
Если проследить историю становления электротехники как самостоятельной науки, можно понять, откуда возник такой парадоксальный подход.
Американский исследователь Бенжамин Франклин выдвинул в свое время унитарную (единую) теорию электричества. По этой теории электрическая материя является невесомой жидкостью, которая может вытекать из одних тел, при этом накапливаться в других.
По Франклину, электрическая жидкость есть во всех телах, но наэлектризованными тела становится лишь тогда, когда в них имеет место избыток или недостаток электрической жидкости (электрического флюида). Недостаток электрического флюида (по Франклину) означал отрицательную электризацию, а избыток – положительную.
Так было положено начало понятиям положительного заряда и отрицательного заряда. В момент соединения тел заряженных положительно с телами, заряженными отрицательно, электрическая жидкость перетекает от тела с большим количеством электрической жидкости к телам с пониженным ее количеством. Это похоже на систему сообщающихся сосудов. В науку вошло устойчивое понятие электрического тока, движения электрических зарядов.
Эта гипотеза Франклина предварила электронную теорию проводимости, однако она оказалась совсем не безупречной. Французский физик Шарль Дюфе обнаружил, что в реальности есть два вида электричества, которые в отдельности подчиняется теории Франклина, однако при соприкосновении взаимно нейтрализуются. Появилась новая дуалистическая (двойственная) теория электричества, выдвинутая естествоиспытателем Робертом Симмером на основании опытов Шарля Дюфе.
При натирании, с целью электризации, электризуемых тел, заряженным становится не только натираемое тело, но и натирающее. Дуалистическая теория утверждала, что в обычном состоянии в телах содержатся два рода электрического флюида и в разных количествах, которые нейтрализуют друг друга. Объяснялась электризация изменением соотношения отрицательных и положительных электричеств в электризуемых телах.
Как гипотеза Франклина, так и гипотеза Симмера успешно объясняли электростатические явления и даже конкурировали между собой.
Изобретенный в 1799 году вольтов столб и открытие явления электролиза привели к выводам о том, что при электролизе растворов и жидкостей в них наблюдается два противоположных по направлению движения зарядов – отрицательное и положительное. Это было торжество дуалистической теории, ведь при разложении воды теперь можно было наблюдать, как на положительном электроде происходит выделение пузырьков кислорода, в то же время на отрицательном – водорода.
Но здесь не все было гладко. Количество выделяемых газов получалось разным. Водорода выделялось вдвое больше, чем кислорода. Это ставило физиков в тупик. Тогда химики еще не имели представления о том, что в молекуле воды присутствуют два атома водорода и всего один атом кислорода.
Эти теории не были понятны всем.
Но в 1820 году Андре-Мари Ампер в работе, представленной членам Парижской академии наук, сперва решает выбрать одно из направлений токов в качестве основного, но затем дает правило, согласно которому можно точно определить воздействие магнитов на электрические токи.
Чтобы все время не говорить о двух противоположных по направлению токах обоих электричеств, во избежание лишних повторений, Ампер решил за направление электрического тока строго принять направление движения именно положительного электричества. Так, впервые Ампером было введено до сих пор общепринятое правило направления электрического тока.
Этого положения придерживался позже и сам Максвелл, придумавший правило «буравчика», определяющее направление магнитного поля катушки. Но вопрос об истинном направлении электрического тока так и оставался открытым. Фарадей писал, что такое положение вещей лишь условно, оно удобно ученым, и помогает им ясно определять направления токов. Но это лишь удобное средство.
После открытия Фарадеем электромагнитной индукции, появилась необходимость определять направление индуцированного тока. Русский физик Ленц дал правило: если металлический проводник движется вблизи тока или магнита, то в нем возникает гальванический ток. И направление возникающего тока таково, что неподвижный провод пришел бы от его действия в движение, противоположное исходному перемещению. Просто, облегчающее понимание правило.
Даже после открытия электрона, эта условность существует более полутора столетий. С изобретением такого устройства, как электронная лампа, с широким внедрением полупроводников, стали возникать трудности. Но электротехника, как и прежде, оперирует старыми определениями. Порой это вызывает настоящую путаницу. Но внесение коррективов вызовет больше неудобств.
Шаг за шагом
Последовательное и параллельное соединение сопротивлений
Чтобы убедиться в том, что с увеличением ток в цепи уменьшается, можно проделать простой опыт: в карманном фонаре включить вместо одной лампочки Л1 две — Л1 и Л2, соединенные последовательно, то есть соединенные так, что электроны, двигаясь по цепи, проходят последовательно сначала одну, а затем и вторую лампочку (рис. 11).
Общее сопротивление при последовательном соединении равно сумме отдельных сопротивлений (листы 28, 30).
где R1 — сопротивление первой лампочки, R2 — сопротивление второй, а Rобщ — их общее сопротивление. Формула эта не требует особых пояснений: включить две лампочки последовательно равносильно тому, что включить одну, у которой нить вдвое длиннее. Если каждая из двух лампочек имеет нить с сопротивлением 75 ом, то их общее сопротивление равно 150 ом.
Подключив обе лампочки к батарейке, вы убедитесь, что ни одна из них не светится полным светом. Объясняется это тем, что с увеличением сопротивления цепи ток в ней уменьшился и энергии электронов уже не хватает, чтобы полностью накалить нить. Однако мы соединяли две лампочки не для того, чтобы доказывать эту и без того очевидную истину. Собранная цепь должна помочь нам познакомиться с таким важным понятием, как напряжение. Прежде чем начинать это знакомство, нам нужно рассмотреть еще один вопрос — о направлении тока в цепи.
Разбирая процессы в сложных электротехнических и радиоаппаратах, очень удобно следить за прохождением тока, пользуясь принципиальной схемой. При этом часто бывает необходимо знать, какой конец того или иного элемента (например, лампочки или мотора) соединен с «плюсом» источника тока, а какой — с «минусом». В случае простых цепей для решения этого вопроса достаточно взглянуть на схему — и сразу видно, где «плюс», где «минус». В сложных цепях очень часто подобный вопрос приходится решать косвенным путем, исходя из того, в какую сторону двигаются заряды.
Так, например, если известно, что через лампочку электроны двигаются сверху вниз (по схеме), то можно сразу же сделать вывод, что нижний (по схеме) провод, идущий от лампочки, подключен к «плюсу», а верхний — к «минусу». Вывод этот основан на том, что электроны всегда двигаются от «минуса» к «плюсу». К такому же выводу мы пришли бы, если было бы известно, что по лампочке снизу вверх двигаются положительные заряды, так как направление их движения — от «плюса» к «минусу».
Для того чтобы не создавать лишнюю путаницу, особенно при рассмотрении больших схем, оказывается удобным ввести понятие об условном направлении тока и учитывать при этом движение одних каких-нибудь зарядов. Исторически получилось так, что за основное направление принято направление движения положительных зарядов. Потому при рассмотрении схем мы условно считаем, что ток во всех цепях представляет собой упорядоченное движение только положительных зарядов, направляющихся от «плюса» к «минусу», то есть от места, где их слишком много, к месту, где положительных зарядов не хватает (рис. 12, 13).
Такая условность немного несправедлива, так как в большинстве случаев ток образуется электронами. Но от этой несправедливости никто не пострадает. Электроны будут по-прежнему двигаться своим путем, а все вопросы будут решаться с помощью условного тока, точно так же как они решались бы с учетом истинного направления движения электронов. Не все ли равно, как считать: что электроны в какой-нибудь цепи двигаются справа налево или что условный ток (то есть положительные заряды) двигается в этой цепи слева направо? Ведь и в том и в другом случае справа будет «минус», а слева «плюс»! А если при разборе какой-нибудь схемы в соответствии с правилом: ток течет от «плюса» к «минусу», вас начнут смущать двигающиеся в обратном направлении электроны, то условно замените их положительными зарядами — и все ваши сомнения моментально рассеются.
Катушка индуктивности в цепи переменного тока
Рассмотрим цепь, содержащую в себе катушку индуктивности , и предположим, что активное сопротивление цепи, включая провод катушки, настолько мало, что им можно пренебречь. В этом случае подключение катушки к источнику постоянного тока вызвало бы его короткое замыкание, при котором, как известно, сила тока в цепи оказалась бы очень большой.
Иначе обстоит дело, когда катушка присоединена к источнику переменного тока. Короткого замыкания в этом случае не происходит. Это говорит о том. что катушка индуктивности оказывает сопротивление проходящему по ней переменному току .
Каков характер этого сопротивления и чем оно обусловливается?
Чтобы ответить ил этот вопрос, вспомним явление самоиндукции. Всякое изменение тока в катушке вызывает появление в ней ЭДС самоиндукции, препятствующей изменению тока. Величина ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна величине индуктивности катушки и скорости изменения тока в ней. Но так как переменный ток непрерывно изменяется, то непрерывно возникающая в катушке ЭДС самоиндукции создает сопротивление переменному току.
Для уяснения процессов, происходящих в цепи переменного тока с катушкой индуктивности, обратимся к графику. На рисунке 1 построены кривые линии, характеризующие соответственно тик в цепи, напряжение на катушке и возникающую в ней ЭДС самоиндукции. Убедимся в правильности произведенных па рисунке построений.
Цепь переменного тока с катушкой индуктивности
С момента t = 0, т. е. с начального момента наблюдения за током, он начал быстро возрастать, но по мере приближения к своему максимальному значению скорость нарастания тока уменьшалась. В момент, когда ток достиг максимальной величины, скорость его изменения на мгновение стала равной нулю, т. е. прекратилось изменение тока. Затем ток начал сначала медленно, а потом быстро убывать и по истечении второй четверти периода уменьшился до нуля. Скорость же изменения тока за эту четверть периода, возрастая от пуля, достигла наибольшей величины тогда, когда ток станет равным нулю.
Рисунок 2. Характер изменений тока во времени в зависимости от величины тока
Из построений на рисунке 2 видно, что при переходе кривой тока через ось времени увеличение тока за небольшой отрезок времени t больше, чем за этот же отрезок времени, когда кривая тока достигает своей вершины.
Следовательно, скорость изменения тока уменьшается по мере увеличения тока и увеличивается по мере его уменьшения, независимо от направления тока в цепи.
Очевидно, и ЭДС самоиндукции в катушке должна быть наибольшей тогда, когда скорость изменения тока наибольшая, и уменьшаться до нуля, когда прекращается его изменение. Действительно, на графике кривая ЭДС самоиндукции e L за первую четверть периода, начиная от максимального значения, упала до нуля (см. рис. 1).
На протяжении следующей четверти периода ток от максимального значения уменьшался до нуля, однако скорость его изменения постепенно возрастала и была наибольшей в момент, когда ток стал равным нулю. Соответственно и ЭДС самоиндукции за время этой четверти периода, появившись вновь в катушке, постепенно возрастала и оказалась максимальной к моменту, когда ток стал равным нулю.
Однако направление свое ЭДС самоиндукции изменила на обратное, так как возрастание тока в первой четверти периода сменилось во второй четверти его убыванием.
Цепь с индуктивностью
Продолжив дальше построение кривой ЭДС самоиндукции, мы убеждаемся в том, что за период изменения тока в катушке и ЭДС самоиндукции совершит в ней полный период своего изменения. Направление ее определяется законом Ленца: при возрастании тока ЭДС самоиндукции будет направлена против тока (первая и третья четверти периода), а при убывании тока, наоборот, совпадать с ним по направлению (вторая и четвертая четверти периода).
Таким образом, ЭДС самоиндукции, вызываемая самим переменным током, препятствует его возрастанию и , наоборот, поддерживает его при убывании .
Обратимся теперь к графику напряжения на катушке (см. рис. 1). На этом графике синусоида напряжения на зажимах катушки изображена равной и противоположной синусоиде ЭДС самоиндукции. Следовательно, напряжение на зажимах катушки в любой момент времени равно и противоположно ЭДС самоиндукции, возникающей в ней. Напряжение это создается генератором переменного тока и идет на то, чтобы погасить действие в цепи ЭДС самоиндукции.
Таким образом, в катушке индуктивности, включенной в цепь переменного тока, создается сопротивление прохождению тока. Но так как такое сопротивление вызывается в конечном счете индуктивностью катушки , то и называется оно индуктивным сопротивлением.
Индуктивное сопротивление обозначается через X L и измеряется, как и активное сопротивление, в омах.
Индуктивное сопротивление цепи тем больше, чем больше частота источника тока, питающего цепь, и чем больше индуктивность цепи. Следовательно, индуктивное сопротивление цепи прямо пропорционально частоте тока и индуктивности цепи; определяется оно по формуле X L = ω L , где ω — круговая частота, определяемая произведением 2π f . — индуктивность цепи в гн.
Закон Ома для цепи переменного тока, содержащей индуктивное сопротивление, звучит так: величина тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна индуктивному сопротивлению це п и , т. е. I = U / X L , где I и U — действующие значения тока и напряжения, а X L — индуктивное сопротивление цепи.
Рассматривая графики изменения тока в катушке. ЭДС самоиндукции и напряжения на ее зажимах, мы обратили внимание на то, что изменение этих в еличин не совпадает по времени. Иначе говоря, синусоиды тока, напряжения и ЭДС самоиндукции оказались для рассматриваемой нами цепи сдвинутыми по времени одна относительно другой. В технике переменных токов такое явление принято называть сдвигом фаз .
Если же две переменные величины изменяются по одному и тому же закону (в нашем случае по синусоидальному) с одинаковыми периодами, одновременно достигают своего максимального значения как в прямом, так и в обратном направлении, а также одновременно уменьшаются до нуля, то такие переменные величины имеют одинаковые фазы или, как говорят, совпадают по фазе.
В качестве примера на рисунке 3 приведены совпадающие по фазе кривые изменения тока и напряжения. Такое совпадение фаз мы всегда наблюдаем в цепи переменного тока, состоящей только из активного сопротивления.
В том случае, когда цепь содержит индуктивное сопротивление, фазы тока и напряжения, как это видно из рис. 1 не совпадают, т. е. имеется сдвиг фаз между этими переменными величинами. Кривая тока в этом случае как бы отстает от кривой напряжения на четверть периода.
Следовательно, при включении катушки индуктивности в цепь переменного тока в цепи появляется сдвиг фаз между током и напряжением, причем ток отстает по фазе от напряжения на четверть периода . Это значит, что максимум тока наступает через четверть периода после того, как наступил максимум напряжения.
ЭДС же самоиндукции находится в противофазе с напряжением на катушке, отставая, в свою очередь, от тока на четверть периода. При этом период изменения тока, напряжения, а также и ЭДС самоиндукции не меняется и остается равным периоду изменения напряжения генератора, питающего цепь. Сохраняется также и синусоидальный характер изменения этих величин.
Рисунок 3. Совпадение по фазе тока и напряжения в цепи с активным сопротивлением
Выясним теперь, каково отличие нагрузки генератора переменного тока активным сопротивлением от нагрузки его индуктивным сопротивлением.
Когда цепь переменного тока содержит в себе лишь одно активное сопротивление, то энергия источника тока поглощается в активном сопротивлении, нагревая проводник.
Когда же цепь не содержит активного сопротивления (мы условно считаем его равным нулю), а состоит лишь из индуктивного сопротивления катушки, энергия источника тока расходуется не на нагрев проводов, а только на создание ЭДС самоиндукции, т. е. она превращается в энергию магнитного поля. Однако переменный ток непрерывно изменяется как по величине, так и по направлению, а следовательно, и магнитное поле катушки непрерывно изменяется в такт с изменением тока. В первую четверть периода, когда ток возрастает, цепь получает энергию от источника тока и запасает ее в магнитном поле катушки. Но как только ток, достигнув своего максимума, начинает убывать, он поддерживается за счет энергии, запасенной в магнитном поле катушки посредством ЭДС самоиндукции.
Таким образом, источник тока, отдав в течение первой четверти периода часть своей энергии в цепь, в течение второй четверти получает ее обратно от катушки, выполняющей при этом роль своеобразного источника тока. Иначе говоря, цепь переменного тока, содержащая только индуктивное сопротивление, не потребляет энергии : в данном случае происходит колебание энергии между источником и цепью. Активное же сопротивление, наоборот, поглощает в себе всю энергию, сообщенную ему источником тока.
Говорят, что катушка индуктивности, в противоположность омическому сопротивлению, не активна по отношению к источнику переменного тока, т. е. реактивна . Поэтому индуктивное сопротивление катушки называют также реактивным сопротивлением .
Кривая нарастания тока при замыкании цепи, содержащей индуктивность — переходные процессы в электрических цепях.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Электрическая цепь и закон Ома
Электрическая цепь является основой любого, радиотехнического устройства, в том числе и тех усилителей низкой частоты и приемников, конструировать которые ты собираешься. А пока разберись в Простейшей электрической цепи и ее законах, в расчетах некоторых ее элементов.
Итак, простейшая электрическая цепь (рис. -5). Ее можно составить из источника постоянного тока (GB), его нагрузки (R), то есть потребителя тока, выключателя (S) и соединительных проводников.
Источником тока может быть батарея 3336Л, потребителем — лампочка накаливания, рассчитанная на напряжение 3,5 В и ток 0,26 А (или резистор — радиодеталь, обладающая определен-хным сопротивлением), выключателем — тумблер или звонковая кнопка, соединительными проводниками — отрезки изолированного провода. Составь такую цепь, разложив ее элементы прямо на столе.
Она должна напоминать тебе цепь электрического фонаря. Все точки соединения желательно пропаять, так как только пайка обеспечивает надежный электрический контакт. Если батарея свежая (новая), нить накала лампочки исправна, все соединения надежны, то при замыкании контактов выключателя S в цепи потечет ток и лампочка станет ярко светиться. Проверь, так ли это.
Из подобных электрических цепей, только с другими элементами, будут слагаться все твои будущие радиотехнические устройства.
Запомни: ток во всей внешней части цепи течет от положительного к отрицательному полюсу батареи.
При последовательном соединении ток во всей цепи и в каждом из ее участков одинаков. Проверить это ты можешь с помощью амперметра постоянного тока. Включи его, например, в разрыв цепи между положительным полюсом батареи и лампочкой.
На схеме, показанной на рис. 5, эта точка включения амперметра обозначена крестом. Затем амперметр включи между выключателем и отрицательным полюсом батареи. Всюду, в какой бы точке цепи ты ни включал измерительный прибор, его стрелка будет фиксировать одно и то же значение тока — около 0,2 А. По мере разрядки батареи ток в цепи уменьшается, а свет лампочки тускнеет.
Теперь проведи такой опыт. Разомкни цепь выключателем. Подключи к батарее вольтметр PU (рис. 6), чтобы измерить напряжение на ней, а затем, не отключая вольтметра от батареи, вновь замкни цепь. Есть разница в показаниях вольтметра?
После замыкания цепи вольтметр должен показывать несколько меньшее напряжение: он показывает напряжение, развиваемое батареей на концах внешней цепи, которое всегда меньше «холостого» напряжения батареи. Часть же напряжения падает (гаснет, теряется) на ее внутреннем сопротивлении. По мере разрядки батареи ее внутреннее сопротивление и падение напряжения на нем увеличиваются.
Следующий опыт. Включи последовательно в цепь еще одну такую же «лампочку накаливания (рис. 7). Как горят лампочки? Вполнакала. Так и должно быть. Почему?
Если не учитывать сопротивления соединительных проводников и контактов выключателя, которые малы по сравнению с сопротивлением нитей накала лампочек, сопротивление внешнего участка цепи увеличится примерно вдвое.
Теперь напряжение батареи оказывается приложенным к нитям накала двух лампочек. На каждую из них приходится вдвое меньшее напряжение, чем ранее на одну. Соответственно уменьшились ток, текущий через лампочки, и накал их нитей.
В замкнутой электрической цепи соотношение между действующим в ней напряжением, силой тока, развиваемой этим напряжением, и сопротивлением цепи определяется законом Ома: ток I прямо пропорционален напряжению U и обратно пропорционален сопротивлению R. Математически этот закон электрической цепи выглядит так:
I = U/R или U =I*R или R = U/I.
Учти: ток I, напряжение U и сопротивление R в формулах этого закона должны выражаться в основных электрических величинах — амперах (А), вольтах (В) и омах (Ом).
Этот закон справедлив и для участка цепи, например для лампочки накаливания или резистора, включенных в замкнутую цепь. В этом ты можешь убедиться сейчас же, составив такую же цепь, как та, схема которой изображена на рис. 8.
Если напряжение батареи (35=4,5 В, а сопротивление резистора R = 10 Ом, то амперметр РА2 будет показывать ток, равный 0,45 А (450 мА), а вольтметр PU1 — около 4,5 В. В данном случае все напряжение батареи через амперметр, внутреннее сопротивление которого мало, приложено к резистору R, поэтому на нем падает почти все напряжение источника тока.
Замени резистор другим резистором с номинальным (обозначенным на его корпусе) сопротивлением 20. 30 Ом. Вольтметр, подключенный к резистору, должен показывать то же напряжение. А амперметр? Амперметр покажет значение тока меньшее, чем в предыдущем случае.
Если, например, сопротивление резистора 30 Ом, то амперметр покажет ток 0,15 А (150 мА). Впрочем, зная сопротивление резистора и падение напряжения на нем, значение тока в цепи ты можешь узнать, не глядя на стрелку амперметра.
Для этого надо лишь разделить показание вольтметра (в вольтах) на сопротивление резистора (в омах), то есть решить задачу, пользуясь формулой закона Ома:
I= U/R.
Приемник или усилитель — это не просто электрическая цепь, а взаимосвязанные цепи, где одна цепь управляет другой, электрическая энергия из одной цепи передается в другую. Наглядной иллюстрацией этого может быть, например, такой опыт (рис. 9).
Подключи к батарее 3336Л проволочный переменный резистор сопротивлением 10. 15 Ом, а между одним из его крайних выводов и движком (роль такого резистора может выполнить небольшая часть спирали электроплитки) включи ту же лампочку накаливания. Движок резистора поставь в среднее положение относительно крайних выводов.
Как горит лампочка? Вполнакала. Передвинь движок к крайнему нижнему (по схеме) выводу. Как теперь? Совсем не горит. А если движок будет вр крайнем верхнем (опять-таки по схеме) положении? Лампочка станет гореть полным накалом. Как видишь, с помощью переменного резистора можно плавно уменьшать и увеличивать накал электролампочки.
В этом опыте две взаимосвязанные цепи. Первую цепь образуют батарея GB и резистор R, вторую — лампочка Я и та часть резистора между его нижним (по схеме) выводом и движком, к которому лампочка подключена.
На всем резисторе падает все напряжение батареи. А та часть этого напряжения, которая приходится на нижний участок резистора, через движок подается на нить накала лампочки. И чем больший участок резистора вводится во вторую цепь, тем больше напряжение на нити накала лампочки, тем ярче она светится.
Переменный резистор, используемый таким ббразом, выполняет роль делителя напряжения батареи, или, как еще говорят, потенциометра. В Данном случае он делит напряжение батареи на две части и одну ее часть, которую можно регулировать, передает в управляемую им вторую цепь.
Забегая вперед, скажем, что принципиально именно так происходит регулирование громкости в приемниках и усилителях низкой частоты.
С помощью делителя напряжения ту же лампочку можно питать от батареи, напряжение которой значительно больше того напряжения, на которое рассчитана ее нить накала.
Роль делителя могут выполнять также два постоянных резистора, как показано на схеме рис. 10. Здесь сопротивление резистора R2 должно быть таким, чтобы на этом участке делителя падало напряжение, соответствующее номинальному напряжению лампочки Н.
В том случае, если напряжение батареи вдвое больше напряжения, которое надо подвести к лампочке, сопротивления резисторов делителя R1R2 должны быть примерно одинаковыми.
Подобные делители напряжения ты можешь увидеть практически в любом радиотехническом устройстве. Они будут непременными элементами и твоих конструкций.
Есть, однако, другой способ питания той же лампочки от батареи большего напряжения — путем включения в цепь гасящего резистора, то есть резистора, который будет гасить некоторую часть напряжения источника питания.
Соедини последовательно две батареи 3336Л — получится батарея напряжением 9 В. Подключи к ней ту же лампочку (3,5 В X 0,26 А), но так, как показано на схеме рис. 11, — через резистор RГас сопротивлением 20. 25 Ом, рассчитанный на мощность рассеяния не менее 1 Вт. Резистор такого сопротивления можно составить из двух резисторов мощностью по 0.5 Вт, то есть резисторов типа МЛТ-0,5 с номиналами 39. 51 Ом, соединив их параллельно. Лампочка, как видишь, светится нормально, только, возможно, резистор немного греется.
В этом опыте резистор и нить накала лампочки тоже, по существу, образуют делитель напряжения. На, нити накала падает напряжение (около 3,5 В), соответствующее ее сопротивлению (около 13 Ом), поэтому она светится. Остальное напряжение батареи падает на резисторе. Резистор, таким образом, гасит (поглощает) избыточное напряжение батареи, поэтому его обычно и называют гасящим.
С другой точки зрения, резистор ограничивает ток в цепи, а значит, и ток, текущий через нить накала лампочки. Поэтому его можно также называть ограничительным. Задача же его одна — создать для лампочки условия, при которых бы ее нить накала нормально светилась и не перегорала.
Сопротивление гасящего (ограничительного) резистора рассчитывают, исходя из того избыточного напряжения, которое им надо погасить, и тока, необходимого для питания полезной нагрузки.
В проведенном опыте полезной нагрузкой была Лампочка, нить накала которой рассчитана на напряжение 3,5 В и ток 0,26 А. А так как напряжение батареи 9 В, значит, резистор, являющийся участком цепи, должен гасить напряжение 5,5 В при токе 0,26 А. . .
Каково должно быть сопротивление этого резистора?
По закону Ома — около 20 Ом (R = U/I = 5,5в/0,26 A =20 Ом). При напряжении батареи 9 В резистор такого сопротивления не пропустит через себя к нагрузке ток более 0,26 А.
А какова должна быть мощность рассеяния этого резистора? Подсчитай ее по такой, возможно, уже знакомой тебе формуле: Р=UI. В этой формуле U — напряжение в вольтах, которое резистор должен погасить, а I — ток в амперах, который должен быть в нагрузке. Следовательно, для нашего примера мощность, выраженная в ваттах (Вт), рассеиваемая гасящим резистором, составляет: Р = 5,5-0,26 =1,43 Вт. Значит, резистор должен быть рассчитан на мощность рассеяния не менее 1,5 Вт,
Это может быть, например, резистор типа МЛТ-2,0 или проволочный. Если резистор будет на меньшую мощность рассеяния, например МЛТ-1,0 или МЛТ-0,5, то он обязательно будет греться, что, возможно, и было в твоем опыте, и даже может сгореть.
Гасящие резисторы будут весьма многочисленными элементами электрических; цепей твоих будущих кон-струкций.
Тебе придется также рассчитывать и мощности, потребляемые конструкциями от источников питания. Это для того, например, чтобы знать, на какой срок работы приемника или усилителя хватит электрической емкости питающей его батареи. Мощность, потребляемую от источника тока, узнают умножением напряжения на концах цепи на ток в цепи. Так, например, мощность, потребляемая лампочкой накаливания, используемой тобой для опытов, составляет около 1 Вт (Р= UI=3,5*0,26= 0,91 Вт).
Электрическая емкость батареи 3336Л равна 0,5 А-ч (ампер-час). Раздели эту емкость на мощность, потребляемую лампочкой, и ты узнаешь, на какое время (в часах) энергии батареи хватит на питание лампочки. Да, всего полчаса. А если батарея уже частично разряжена, то и того меньше.
Забегая вперед, открой страницу 102. Там на рис. 76 изображена принципиальная схема трехкаскадного усилителя низкой частоты. Усилитель можно питать от двух батарей 3336Л, соединенных последовательно. Средний ток, потребляемый от батареи транзисторами двухтактного выходного каскада, являющегося усилителем мощности, составляет 20. 25 мА, токи двух других транзисторов — -по 1. 1,5 мА. Подсчитай, сколько времени будет работать усилитель от такой батареи.
В заключение — небольшая консультация, имеющая прямое отношение к теме этого практикума. Дело в том, что на принципиальных электрических схемах и в объяснениях работы радиоаппаратуры номинальные сопротивления резисторов принято обозначать в омах (например, (R1 220), килоомах (R5 5,1 к), мегаомах (R4 1М; R7 1,5М).
В то же время на малогабаритных резисторах, выпускаемых нашей промышленностью, их номинальные сопротивления обозначены по другой условной системе: единицу сопротивления Ом обозначают буквой Е, килоом — К, мегаом — М. Сопротивления резисторов от 100 до 910 Ом выражают в долях килоома, а сопротивления от 100 кОм до 990 кОм — в дрлях мегаома.
Если сопротивление резистора выражают целым числом, то буквенное обозначение единицы измерения ставят после этого числа, например: 27Е (27 Ом), 51К (51 кОм), 1М (1 МОм). Если сопротивление резистора выражают десятичной дробью меньше единицы, то буквенное обозначение единицы измерения располагают перед числом, например: К51 (510 Ом), М47 (470 кОм).
Выражая сопротивление резистора целым числом с десятичной дробью, целое число ставят перед буквой, а десятичную дробь — за буквой, символизирующей единицу измерения. Например: 5Е1 (5,1 Ом), 4К7 (4,7 кОм), 1М5(1,5МОм).
Литература: Борисов В. Г. Практикум начинающего радиолюбителя.2-е изд., перераб. и доп. 1984.
