Электричество в нашей жизни

Это и называется «обратимостью электрических машин». Замечательное свойство обратимости электрических машин открыли более ста лет назад русские академики и выдающиеся учёные — электротехники Б. С. Якоби и Э. X. Ленц. Огромный вклад в создание электрических машин внесли также русские учёные П. Н. Яблочков. А. Г. Столетов и другие.

5. НАЗНАЧЕНИЕ И УСТРОЙСТВО ТРАНСФОРМАТОРОВ

При передаче тока по проводам в них выделяется тепло — тем больше, чем больше сопротивление проводов. Эти вредные тепловые потери быстро возрастают с увеличением силы передаваемого тока. Необходимо свести их до минимума — иначе слишком много энергии потеряется «при транспортировке». К снижению потерь в проводах ведут два пути: 1) уменьшение сопротивления проводов; 2) уменьшение силы передаваемого тока.

Уменьшение сопротивления проводов возможно лишь в ограниченных пределах. Если идти только этим путём, то достаточно экономическая передача электроэнергии из Шатуры в Москву потребовала бы очень толстых «проводов» — сечением в несколько десятков квадратных метров, что совершенно неприемлемо.

Остаётся второй путь — снижение силы тока.

Выдающиеся русские электротехники П. Н. Яблочков, а затем И. Ф. Усагин ещё в последней четверти прошлого столетия создали один из важнейших в электротехнике аппаратов — трансформатор (что значит преобразователь). Благодаря трансформатору стало возможным, как мы сейчас увидим, передавать электрическую энергию на очень большое расстояние.

Трансформатор преобразует величину тока и его напряжение без изменения мощности.

Для того чтобы понять, как работает трансформатор, выясним прежде, что такое мощность электрического тока.

Мы уже говорили, что величина напряжения измеряется вольтами, а сила тока — амперами. Если помножить число вольт на число ампер, получится работа, произведённая электрическим током за одну секунду. А работа тока в секунду и есть его мощность. Единица электрической мощности — ватт. Чтобы узнать расход электрической энергии, нужно величину мощности в ваттах помножить на время в часах, в течение которого расходовалась эта мощность.

Для удобства счёта ваттчасы превращают в гектоваттчасы (гекто означает 100) и киловаттчасы («кило» — 1000).

Итак, мощность любой электрической установки определяется произведением силы тока на напряжение. Предположим, мощность нашей установки 20 ватт. Эту величину можно представить так:

1 вольт × 20 ампер = 20 ватт;

2 вольта × 10 ампер = 20 ватт;

4 вольта × 5 ампер = 20 ватт;

5 вольт × 4 ампера = 20 ватт;

200 вольт × 0,1 ампера = 20 ватт и т. д.

Мы видим, что величина мощности остаётся неизменной, хотя величины силы тока и напряжения изменяются. Остаётся найти, каким техническим способом можно изменять ток и напряжение при неизменной мощности. Эта задача и была решена с изобретением трансформатора.

Трансформатор представляет собой железную раму, на которой закреплены две проводниковые катушки (рис. 8).

Рис. 8. Простейший трансформатор.

Если через одну катушку пропускать переменный ток, то рама намагничивается, причём создаваемое в ней магнитное поле — тоже переменное. Это переменное магнитное поле будет по законам электромагнитной индукции наводить переменный ток во второй катушке.

Когда число витков в обеих катушках одинаково, то токи в них будут одной силы и одного напряжения. Но если количество витков вторичной обмотки будет больше, то, как показывает опыт, в ней будет наводиться ток более высокого напряжения. При этом, поскольку подводимая мощность не изменяется, уменьшится сила тока.

При уменьшении числа витков во вторичной обмотке в ней будет наводиться ток более низкого напряжения, но зато возрастёт сила тока.

В первом случае мы имеем повышающий трансформатор. Такой трансформатор необходим для передачи энергии на большое расстояние, так как чем меньше ток, отдаваемый трансформатором в линию электропередачи, тем меньше будут потери мощности на бесцельный нагрев проводов. Во втором случае получится понижающий трансформатор. С помощью такого трансформатора ток высокого напряжения преобразуется в ток низкого напряжения, безопасный для использования в электромоторах, осветительных устройствах и других приборах.

В трансформаторах нет никаких движущих частей. Они строятся как для преобразования тока мощностью в несколько ватт (для электрозвонков), так и для передачи тока огромной мощности в несколько десятков тысяч киловатт от больших электростанций по линиям электропередач на расстояние до 1000 километров (Куйбышев — Москва, Сталинград — Москва). Крупный трансформатор изображён на рисунке 9.

Рис. 9. Крупный современный трансформатор.

6. НЕСРАВНИМЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА

В древние времена человек совершал всякую работу только за счёт своей мускульной энергии. Потом он стал привлекать к работе домашних животных.

Проходили века. Стремясь облегчить свой труд, человек пришёл к использованию энергии ветра и падающей воды.