Электричество шаг за шагом

ВК-140.Нахождение спектра — давно отработанная математическая операция. Но можно и «живьём» извлечь из спектра его синусоидальные составляющие, те самые, что вместе создают исходный сложный ток. Извлекают эти составляющие с помощью настроенных на их частоту колебательных контуров, они выделяют синусоидальный ток своей резонансной частоты. Спектр изображают на особом графике в виде вертикальных линий, каждая показывает частоту и амплитуду одной из составляющих спектра.

Наш простейший генератор с вращающейся рамкой выдаёт э.д.с., постоянную по направлению, но изменяющуюся по величине. Это вполне объяснимо — проводники рамки бегут по окружности с одной и той же угловой скоростью, но магнитное поле в разные моменты времени они пересекают с разной скоростью — иногда очень быстро, а иногда вообще не пересекают, как бы скользят вдоль него. Электродвижущая сила, которая при этом наводится в рамке, называется пульсирующая э.д.с. (при включении нагрузки она создаёт пульсирующий ток), и лучшего названия не придумаешь — при каждом обороте рамки генератор выдаёт два всплеска, два импульса э.д.с. (тока) одной и той же полярности. Об этой ситуации мы ещё поговорим подробно, а пока подумаем, какие можно принять меры, чтобы сгладить пульсации э.д.с. и получать от генератора примерно то, что мы всегда получали от батареи, — постоянное напряжение.

Во-первых, во вращающейся части генератора, в его роторе, можно увеличить число рамок и, соответственно, число коллекторных пластин. Уже при двух рамках за каждый оборот ротора произойдёт не два всплеска э.д.с., а четыре, то есть пульсации э.д.с. станут чаще, неприятные перерывы между импульсами станут короче. Во-вторых, для сглаживания пульсаций на выходе генератора можно включить конденсатор. При больших значениях э.д.с. конденсатор будет заряжаться, а когда э.д.с. сильно упадёт, он, разряжаясь, будет подпитывать внешнюю цепь вместо генератора, будет поддерживать на его выходе более высокий уровень напряжения — конденсатор будет сглаживать пульсации. Этот последний пример, несколько забегая вперед, намекает на то, что у схемотехники есть много разных инструментов влияния на электрические процессы.

ВК-141.Настало время поговорить о трансформаторе, об одной из самых распространённых электрических машин. Трансформатор для основных наших электрических цепей (напоминаем: частота 50 герц, напряжение 220 вольт) это замкнутый стальной сердечник, на котором две катушки: первичная обмотка 1 и вторичная 2. По обмотке 1 от генератора идёт переменный ток, и его меняющееся магнитное поле наводит э.д.с. в обмотке 2. С источником постоянного напряжения трансформатор работать не будет.

Т-116. Любой энергетический агрегат, в том числе электрогенератор, сам ничего не создаёт, он лишь преобразует один вид энергии в другой. Чтобы в рамке простейшего генератора наводилась электродвижущая сила, чтобы он оправдывал само это звание «генератор», рамку нужно вращать в магнитном поле. И при этом надо затрачивать заметные усилия, ибо рамка оказывает сопротивление, препятствует её вращению.

Такое сопротивление вполне объяснимо. Электрогенератор, если к нему подключена нагрузка, создаёт определённую электрическую мощность, выполняет определённую работу, например, заставляет светиться лампочки. Мощность Р генератора подсчитывается как обычно: она есть произведение выходного напряжения на ток в цепи (Р-37). Эта мощность не может взяться ниоткуда, электрогенератор — не вечный двигатель. Значит, на создание электрической мощности генератора, то есть в итоге на вращение рамки, надо затратить какие-то усилия, нужно выполнить какую-то работу, которая, по крайней мере, не меньше, чем электрическая энергия, которую выдаёт сам генератор.