Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Проводник вращается в магнитном поле равномерно с постоянным числом оборотов в минуту. При этом он, естественно, с постоянной скоростью движется по окружности, но с разной скоростью пересекает магнитное поле. Когда, например, проводник проходит точки 3 и 7, он с максимальной скоростью пересекает поле, хотя и в разных направлениях. В эти моменты в проводнике наводится э.д.с., наибольшая из всех возможных, но, конечно, разной полярности. Когда проводник проходит точки 1 и 5, он вообще не пересекает магнитного поля, и наведенная э.д.с. в эти моменты равна нулю. Во всех остальных точках наводится э.д.с. разной величины, в пределах от максимальной до нуля, причем на всем участке движения от точки 1 до 5 э.д.с. имеет одну полярность, а на всем участке от 5 до 1 — противоположную. Одним словом, на проводнике, который вращается в магнитном поле, наводится переменная э.д.с., непрерывно меняется ее величина и периодически меняется ее полярность. О том, как меняется наведенная э.д.с. при вращении проводника в магнитном поле, лучше всего рассказывает график.

Т-64. График — особый рисунок, наглядно показывающий, как одна какая-либо величина зависит от другой. Об одной из зависимостей закона Ома можно рассказать словами — «ток прямо пропорционален электродвижущей силе…», можно записать ее в виде короткой формулы (Р-16), а можно отобразить эту зависимость на графике, как это сделано на Р-43;1. Основа графика — две взаимно перпендикулярные линии, две оси: вертикальная и горизонтальная. По вертикальной оси в определенном масштабе откладывают, отмеряют ту величину, об изменениях которой мы хотим рассказать. А по горизонтальной оси отмеряют ту величину, от которой зависит первая. «В определенном масштабе» означает, что если, например, отмеряется масса, то 1 мм на шкале может соответствовать 1 г или 1 кг, если отмеряется температура, то 1 мм — это уже может быть 1°, если ток — то 1 мм может отображать 1 А, если напряжение — 1 В. Отсчет ведется от нуля, то есть от точки пересечения осей.

На Р-43 показано, как с помощью графиков можно записать несколько самых разных зависимостей.

Р-43

Первая — зависимость тока I в цепи от напряжения U при некотором постоянном сопротивлении R. Строится график так: задаемся некоторыми значениями напряжения — 1 В, 2 В, 3 В и т. д. — и подсчитываем для них соответствующие величины тока по формуле закона Ома. При R = 2 Ом получается соответственно 0,5 А, 1 А, 1,5 А и т. д. Теперь из соответствующих точек на осях I и U проводим перпендикуляры до их пересечения и получаем на поле между осями точки, каждая из которых говорит: «при U = 1 В ток I = 0,5 А», «при U = 2 В ток I = 1 А», «при U = 3 В ток I = 1,5 А» и т. д. Соединяем точки и получаем линию, которая как раз показывает, как именно ток I зависит от напряжения U. Одного взгляда на график достаточно, чтобы сказать, что с увеличением напряжения ток растет, причем растет прямо пропорционально, или, иначе, линейно. Для экономии места можно на одном графике показать несколько зависимостей I от U при разных сопротивлениях цепи. Легко заметить, что с ростом сопротивления цепи R ток I при увеличении U нарастает не так резко. Графики могут также показать, что величина тока обратно пропорциональна сопротивлению, рассказать о зависимостях закона Ома для участка цепи, о том, как мощность зависит от тока или напряжения (Р-43;2).

На графике Р-43;3 условно показано, как меняется масса космической системы при выведении спутника на околоземную орбиту. Сама масса в тоннах отложена по вертикальной оси, а по горизонтальной отложена высота подъема ракеты-носителя. На Земле (нулевая высота) общая масса системы — 20 т (цифры условные), затем по мере подъема выгорает топливо, и масса ракеты постепенно уменьшается. На высоте 40 км масса уменьшается резко, скачком — это отстреливается отработавшая первая ступень. Точно так же на высоте 100 км отстреливается вторая ступень, и на высоте 250 км — третья. Остается на орбите сам спутник (чистая масса 1 г), который движется по эллиптической орбите то несколько опускаясь, то поднимаясь над Землей (жирная линия на графике).

График (Р-43;4) показывает, как меняется с течением времени расстояние l, которое автомобиль проехал от города А. Мы видим, что первые два часа автомобиль шел с постоянной скоростью, каждый час покрывая 50 км. В последующие два часа скорость была больше — за каждый час машина уже проходила 100 км. А вот на графике появился горизонтальный участок — время идет, а пройденный путь остается неизменным, то есть машина стоит на месте. Потом водитель вообще поехал назад — линия графика пошла вниз, то есть расстояние от города А стало уменьшаться, скорее всего, водитель обнаружил какую-то неисправность и вернулся в дорожную мастерскую. После непродолжительной остановки машина вновь двинулась вперед.