Электричество шаг за шагом

ВК-192. Полезное приложение к измерительным приборам — это умение быстро производить в уме простейшие вычисления, которые могут заменить ряд измерений, особенно если подсчитываемую величину нечем измерить. В числе легко вычисляемых показателей сопротивление и мощность, когда известны ток и напряжение или индуктивность катушки, когда известны ёмкость и резонансная частота. При расчётах не стремитесь к особой точности, но будьте внимательны при определении порядка величины.

Т-165. Трансформатор — машина для преодоления расстояний. Много и иногда довольно подробно размышляя о трансформаторе, мы пока ещё не сказали о нём нечто особо важное: именно трансформатор сделал возможной передачу электричества на большие расстояния.

Для начала вспомним, что электрическая мощность — это напряжение, умноженное на ток, Р = U∙I (Р-37). И что одну и ту же мощность Р можно получить при самых разных соотношениях между U и I, в частности, при большом напряжении U и малом токе I или при большом токе I и малом напряжении U. Простой пример: Р = 200 Вт = 200 В∙1 А = 1 В∙200 А = 50 В∙4 А = 2 В∙100 А = 2000 В∙0,1 А и так далее.

При передаче электрической мощности часть её теряется в проводах, соединяющих генератор и нагрузку, то есть теряется в соединительной линии. Потери эти тем больше, чем больше идущий по линии ток, и поэтому передавать электроэнергию желательно при большом напряжении и малом токе. В то же время потребителю по ряду причин, в том числе из соображений безопасности, нужно напряжение не очень высокое, примерно 100–200 вольт, а оно совершенно непригодно для передачи электроэнергии на большие расстояния.

Представим себе, что в небольшой дачный поселок из 100 домов по воздушной линии длиной всего 5 километров нужно передать мощность 200 киловатт — по два киловатта на домик. Это довольно скромно — несколько лампочек, телевизор, холодильник, пара вентиляторов. Мы обнаружим просто ужасающую картину, подсчитав, что будет, если по медному проводу диаметром 4–5 миллиметров передавать эту мощность напрямую с генератора с таким расчётом, чтобы у потребителя было напряжение 200 вольт. Получится, что при полной нагрузке по линии пойдёт огромный ток, и он потеряет в проводах линии во много раз большую мощность, чем получит потребитель. Ещё более абсурдными получатся результаты расчётов, если представить себе передачу энергии подобным способом для большого города и на большое расстояние. И ничего здесь не сделаешь, против закона Ома не пойдёшь.

Решение неразрешимой, казалось бы, задачи подарил большой электроэнергетике простой и скромный трансформатор. На входе в линию электропередачи он повышает напряжение в десятки, сотни и даже в тысячи раз, а на выходе понижает его до нужной потребителю величины (Р-78). В итоге по линии мощность идёт при высоком напряжении и небольшом токе, а значит, потери в линии невелики. В принципе всё до смешного просто, хотя, конечно, в реальных электрических сетях работают достаточно сложные, крупные и совершенные системы.

ВК-193.Осциллограф — ещё один прибор для изучения того, что происходит в невидимом электрическом мире. На экране своей электронно-лучевой трубки он рисует самый настоящий график поступившего к нему на вход переменного тока. Горизонтальное движение луча трубки создаёт для этого графика горизонтальную ось — ось времени. Одновременное вертикальное смещение луча отмечает все изменения тока, то есть рисует сам график тока. Смещение луча слева направо и вверх-вниз — основная идея прибора.

Т-166. Трое в одной лодке и в общем магнитном поле. Из наполненной добродушным юмором повести Джерома К. Джерома «Трое в лодке» извлечём важный для нас факт: путешественников было трое, а лодка была одна. Повесть появилась немногим более ста лет назад, когда инженеры создали свой вариант использования чего-либо «на троих», — они объединили в одной машине три электрических генератора, придумали систему трёхфазного переменного тока.