Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Теперь легко представить себе, что произойдет, если подвести к конденсатору переменное напряжение. Поскольку напряжение непрерывно меняется, то конденсатор будет непрерывно заряжаться и разряжаться, а значит, в цепи конденсатора будет непрерывно идти ток. Через диэлектрик заряды, как всегда, не проходят, они лишь двигаются к обкладкам конденсатора (напряжение растет, конденсатор заряжается) или с обкладок (напряжение падает, конденсатор разряжается), но это движение зарядов как раз и есть ток в цепи конденсатора. На Р-49 показан график такого тока. Как видно из этого рисунка, ток несколько сдвинут по фазе относительно напряжения, и график тока имеет ту же синусоидальную форму, что и само напряжение. То, что все получается именно так, требует некоторых пояснений.

Р-49

Т-73. Замечательная кривая — синусоида описывает множество самых разных процессов. В мире происходит бессчетное множество естественных и искусственных процессов, в которых одни какие-нибудь величины зависят от других каких-нибудь величин. Температура звезды зависит от плотности ее вещества, вес зайца — от количества съеденной им травы, скорость автомобиля — от количества сжигаемого бензина, ток в цепи — от э.д.с. генератора и т. д. и т. п. Зависимости эти бывают самые разные (Р-50), в том числе и описываемые чрезвычайно сложными уравнениями. Но среди всех возможных зависимостей одной величины от другой особое место занимает та, которую мы называем синусоидальной. Она была открыта очень давно при исследовании некоторых геометрических построений, но потом оказалось, что именно такая синусоидальная зависимость характерна для самых различных природных явлений.

Р-50

У синусоиды чисто табличное происхождение. Если мобилизовать фантазию, то можно представить себе, как безвестный древний математик нарисовал круг, провел через центр две перпендикулярные оси и, вращая по кругу радиус, стал измерять длину линии а, которую он назвал «линией угла» или, что то же самое, «линией синуса» (Р-50;7). Свои измерения наш математик свел в таблицу (Р-50;6), в которой было всего две строки — угол а поворота радиуса и цифра, показывающая, какую часть от длины радиуса R составляет при данном угле а длина линии синуса а. По этой таблице затем была построена кривая, которую мы и называем синусоидой. Можно, конечно, нарисовать много кривых, похожих на синусоиду (Р-50;5), но синусоидой называется только одна (Р-50;7). Именно та, которая в точности соответствует таблице (Р-50;6).

О замечательных особенностях синусоиды, о том, почему она оказалась столь универсальной, можно написать целые тома: по синусоиде меняется энергия звуковой волны, скорость маятника, отклонение колеблющейся струны, э.д.с. в проводнике, который вращается в магнитном поле, и происходят тысячи других процессов (Р-50;8). Но сейчас нас прежде всего интересует одна особенность синусоидальной зависимости, которую нетрудно заметить, если всмотреться в ее график.

Т-74. Скорость изменения синусоидальной э.д.с. (напряжения, тока) также изменяется по синусоидальному закону. В свое время мы обратили особое внимание на то, что в ряде случаев важна не абсолютная величина, чего-либо (объема воды, пройденного пути, тока), а скорость ее изменения (Т-59). Подтверждение этой истины в цепях переменного тока можно встретить на каждом шагу, и поэтому посмотрим, чему, например, равна скорость изменения переменного синусоидального напряжения (Р-51).

Р-51

Сначала общее замечание: синусоидальное напряжение в разные моменты меняется с разной скоростью. Иногда график его идет круто (напряжение меняется резко, быстро), иногда более полого (напряжение меняется вяло, сравнительно медленно), иногда идет вверх (напряжение нарастает), иногда вниз (напряжение уменьшается). Это бывает не только у синусоидальных напряжений (Р-51;1,2,3,4), но важно еще, как именно меняется скорость изменения напряжения.

Начнем с начала периода, когда синусоидальное напряжение (Р-51;5) только что прошло через ноль и очень быстро нарастает. В этот момент скорость его изменения самая большая; дальше кривая идет все более полого, то есть скорость нарастания напряжения постепенно уменьшается. Наконец, в момент, когда оно достигло амплитуды, скорость его изменения равна нулю — изменение напряжения как бы на мгновение прекратилось и вслед за этим оно начнет уменьшаться. Отметим этот факт так-будем считать, что скорость нарастания напряжения стала отрицательной.