Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Наведенная э.д.с. зависит и от скорости изменения индукции В магнитного поля, охватывающего витки. Обратите внимание: не от самой величины магнитной индукции, а от скорости ее изменения. Это настолько важная особенность многих процессов — зависимость чего-либо от скорости изменения, — что на ней стоит остановиться более подробно.

Т-59. Во многих процессах решающую роль играет не абсолютное значение какой-либо величины, а скорость ее изменения. Вообразите себя героем арифметической задачи из популярной серии задач с бассейнами. По условиям нужно выбрать для купания один бассейн из трех возможных. При этом известно, что в первом бассейне уровень воды 30 см, во втором — 15 см и в третьем — 5 см. Из всех этих мелких водоемов вы, конечно, выбираете первый — лучше уж войти в воду по колено, чем по щиколотку. Но вот, почитав условия задачи чуть дальше, вы узнаете, что кран, наполняющий первый бассейн, закрыт, а во втором бассейне кран открыт (в задаче с бассейнами обязательно должны быть открытые и закрытые краны) и уровень воды поднимается на 1 см каждую минуту. Приходится на ходу менять решение — выбираем второй бассейн, через час здесь вода поднимется уже до 75 см, и можно будет поплавать по-настоящему.

В ожидании, пока это произойдет, вы наконец дочитываете условия задачи до конца, и выясняется, что и в третьем бассейне открыт кран, причем открыт очень сильно — уровень воды каждую минуту поднимается на 10 см. Теперь сомнений нет: лучше всех третий бассейн, он наполнится до тех же 75 см, что и второй, уже не за час, а всего за каких-нибудь 7 минут. Только успеешь раздеться, и уже можно нырять.

Этот простой пример показывает, что есть случаи, когда нужно не только знать «сколько?», но стоит также поинтересоваться, «меняется или не меняется?», а если окажется, что меняется, то необходимо выяснить, «насколько быстро меняется?», или, иными словами, «чему равна скорость изменения?»

Т-60. Наведенная в катушке э.д.с. тем больше, чем больше скорость изменения магнитного поля. До чего же все-таки это прекрасное изобретение человека— школа, система передачи знаний. То, на выяснение чего великий Фарадей потратил годы, мы узнаем в несколько минут. Заглянув в школьный учебник физики, мы узнаем, что э.д.с., которая наводится в проводнике или в катушке, зависит от того, насколько быстро меняется поле: чем больше скорость изменения магнитной индукции (или скорость движения проводника в равномерном поле с постоянной индукцией), тем больше наведенная э.д.с. Объяснить это можно, пользуясь крайне упрощенной картиной наведения э.д.с. и ни на минуту не забывая о предупреждении Т-8. При движении проводника внешнее поле, схватившее его свободные электроны, старается сдвинуть их в один конец этого проводника, накопить в одной области. А электроны своими электрическими полями расталкиваются, стараются распределиться по проводнику равномерно. Здесь для магнитного поля, создающего э.д.с., самое главное— скорость: чем быстрее оно будет сдвигать электроны, тем большее их количество накопится на концах проводника (катушки), тем больше будет наведенная э.д.с. индукции. Кое-что здесь может пояснить еще один пример с бассейнами. Представьте себе, что в бассейне два крана, через один вода наливается (внешнее магнитное поле, изменяясь, тянет за собой электроны), через другой кран — выливается. Ясно, что чем больше открыт первый кран, чем больше скорость наполнения бассейна, тем больше в нем успеет накопиться воды. А стоит перекрыть первый кран (скорость изменения магнитного поля равна нулю), как бассейн быстро окажется пустым (наведенная э.д.с. равна нулю).

В процессе взаимоиндукции и самоиндукции магнитное поле меняется потому, что меняется ток в цепи, и поэтому чем быстрее меняется ток, тем больше и наведенная в катушке э.д.с. (Р-39;1,2).

Р-39

Подчеркнем смысл понятия «скорость изменения» еще одним примером, но уже не с бассейнами, а с более близкой нам теперь электрической цепью. По двум совершенно одинаковым катушкам идет ток — по первой 5 А, по второй — 1000 А. Токи в катушках постепенно меняются, и через секунду в первой катушке уже 10 А, во второй— 1001 А. Так вот, э.д.с. самоиндукции во второй катушке, несмотря на устрашающую абсолютную величину тока (1000 А — это очень много!), будет меньше, чем в первой. Потому что скорость изменения тока в первой катушке больше — здесь ток изменился на 5 А за 1 сек, а во второй катушке — всего на 1 А за 1 сек.