Электричество шаг за шагом

Сплошной стольной сердечник — короткозамкнутый виток и в нем _ большие потери энергии. В пластинах сердечника токи противодействуют друг другу и потери резко снижаются

Из-за необходимости гелиевых температур сверхпроводимость пока остаётся мечтой и надеждой для массовой электротехники, хотя она уже много лет используется в некоторых особых случаях. Например, в сверхсильных электромагнитах для ядерных исследований, где обычные электромагниты с обмотками из медного провода оказались бы ещё сложнее и дороже, чем сверхпроводниковые. Или там, где вообще невозможно было создать обычные электромагниты, которые давали бы нужной силы магнитное поле. Используют электромагниты со сверхпроводящими обмотками и в экспериментальных установках для термоядерного синтеза — для получения энергии из реакции объединения атомных ядер водорода в ядро гелия, то есть из реакции, которая в небольших по космическим меркам дозах воссоздаст технологию получения энергии звёзд, в том числе нашего Солнца.

Бесхитростные, казалось бы, трудяги-провода демонстрируют ещё одно интересное явление, не столь, может быть, важное, как сверхпроводимость, и не столь сложное по своей физической основе, но тоже поначалу похожее на необъяснимый фокус. С увеличением частоты активное сопротивление обычного проводника, оказывается, растёт, и весьма заметно. Это явление называется поверхностный эффект, или, иначе, скин-эффект, слово «скин» в переводе с английского означает «кожа».

Скин-эффект возникает потому, что переменное электромагнитное поле, созданное генератором и двигающее электроны в проводнике, из-за быстрых своих изменений и невысокой скорости распространения в металлах не успевает проникнуть вглубь провода. Поэтому в центральной его части тока нет вообще, высокочастотный ток реально движется лишь в поверхностном слое провода, что равносильно уменьшению его диаметра и, следовательно, росту сопротивления. На низких частотах, в частности, на сетевой частоте 50 Гц, поверхностный эффект практически не ощущается, но, скажем, на частоте 2 мегагерца (2 МГц = 2 000 000 Гц) сопротивление медного провода диаметром 5 мм увеличится более чем в 50 раз в сравнении с его сопротивлением постоянному току.

За открытием скин-эффекта довольно быстро последовало его практическое использование. Например, при создании медного провода с высокопрочной стальной сердцевиной. Или тонкого серебряного покрытия на медном проводе, что снижает его сопротивление на высоких частотах. Очень полезным для машиностроения стало использование скин-эффекта для поверхностной закалки деталей. Эта технология — высокочастотная закалка — позволяет создавать ответственные стальные детали машин с незакалённой, а поэтому пластичной и очень прочной основой и с очень тонким закалённым сверхтвёрдым поверхностным слоем (Р-80).

ВК-186.Простой и неприхотливый электроизмерительный прибор — электромагнитный амперметр. Измеряемый ток проходит по катушке и втягивает стальной сердечник, с которым связана стрелка, двигающаяся по размеченной шкале. К прибору можно подвести ток в любой полярности — при её изменении сердечник перемагнитится и по-прежнему будет втягиваться в катушку. По тем же причинам прибором можно измерять постоянный и переменный ток, а несколько изменив катушку, и напряжение.

Т-162. «Генератор тока» и «генератор напряжения» — два варианта взаимоотношений между источником и потребителем электроэнергии. В одном из предыдущих разделов было отмечено, что внутреннее сопротивление генератора R_внг и сопротивление нагрузки R_н образуют своего рода делитель напряжения, который делит электродвижущую силу Е на две части — напряжение, которое остаётся на внутреннем сопротивлении генератора U_внг, и напряжение, которое достаётся нагрузке U_н (Р-33). При этом U_внг остаётся внутри генератора, а на его выходе, то есть на нагрузке, действует напряжение U_н = Е — U_внг. И далее был сделан вывод: желательно, чтобы внутреннее сопротивление генератора R_внг было как можно меньше, так как при этом на нём будет оставаться меньшая часть э.д.с. и больше будет напряжение U_г, которое действует на выходе генератора, то есть достаётся нагрузке.

Напомнив об этой очевидной истине, нужно сделать неожиданное и, видимо, не очень понятное сообщение: в некоторых случаях сопротивление генератора R_внг умышленно делают весьма большим, во всяком случае, оно во много раз больше, чем сопротивление нагрузки R_н.