Электричество шаг за шагом

Р-71. ИСКАЖЕНИЯ НЕЗАМЕТНЫЕ И НЕДОПУСТИМЫЕ. Слух человека — творение природы. Было затрачено много миллионов лет, чтобы сформировать его, и сегодня мы при рождении получаем это чудо в готовом виде с чрезвычайно высокими характеристиками. Достаточно вспомнить, что наш слух улавливает слабые звуки от упавшего с дерева листа и в то же время слышит вблизи (хотя и на грани боли) в миллиарды раз более мощный шум двигателей реактивного самолёта (1). Мы слышим диапазон частот от 16 герц до 22–23 килогерц (2) и где-то в районе 1 килогерца можем уловить изменение частоты на 0,3 процента. Можно только восхищаться, читая в книгах по физиологии про то, что уже известно о молекулярных машинах нашего слуха, и про то, что пока еще неизвестно. Но вот примерно 130 лет назад воспроизведение звука поручили электричеству — появился телефон, а в 1920 году в городе Питтсбурге (США) заработала первая радиовещательная радиостанция, рассчитанная на владельцев радиоприёмников. Звуковоспроизводящая техника достигла высокого совершенства, но и сегодня в электронных аппаратах, особенно в малогабаритных и недорогих, часто мирятся с заметными искажениями звука. Главным образом с сужением полосы воспроизводимых частот (3), что в какой-то мере еще терпимо при воспроизведении речи, но сильно искажает музыку. Нередко сжат динамический диапазон — соотношение между самым тихим и самым громким звуком — и допускаются значительные (до нескольких процентов) нелинейные искажения, которые приводят к появлению новых составляющих в спектре звука, создают ощущение его засорённости и хрипоты. В то же время создаются системы, такие, например, как CD и DVD, обеспечивающие очень высокое качество звучания.

Потери в сердечнике увеличиваются с частотой, для высокочастотных трансформаторов уже недостаточно собирать сердечники из пластин, их делают из магнитодиэлектриков. Это спрессованный мелкий ферромагнитный порошок, каждая крупинка которого отделена от других тончайшим слоем изолирующего лака, отсюда и вторая часть названия этого материала — «диэлектрик». Основное его достоинство в принципе такое же, как у пластинчатого сердечника: в крупинках магнитодиэлектрика наводятся токи, которые создают магнитные поля противоположного направления.

Если подвести к первичной обмотке трансформатора переменное напряжение U_1, то в этой обмотке пойдёт переменный ток I₁ (Р-76). Он создаст переменный магнитный поток, под действием которого наведётся напряжение U₂ во вторичной обмотке (иногда, сразу же предположив, что во вторичную цепь уже включена нагрузка R_н, напряжение на вторичной обмотке трансформатора обозначают U_н). Точнее было бы говорить о наведённой э.д.с., но вместо неё мы сразу же введём напряжение U₂, не забывая, что какая-то часть э.д.с. теряется на сопротивлении самой вторичной обмотки. Если к вторичной обмотке подключить нагрузку R_н, то в ней пойдёт ток I₂. Если U₁ синусоидальное напряжение и трансформатор не искажает форму тока, то и напряжение U₂ тоже будет синусоидальным — наведённое напряжение зависит от скорости изменения тока, а скорость изменения синусоиды — тоже синусоида, сдвинутая по фазе на 90° (Р-60).