Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Чтобы удобнее было учитывать влияние емкости С и частоты f на ток, их сводят в единую гибридную величину и называют ее емкостным сопротивлением х_с (Р-52). И, пользуясь этим сопротивлением, для цепи переменного тока с конденсатором получают стандартные формулы закона Ома, такие же удобные, как и для цепи с резисторами.

Р-52

Т-77. Синусоидальный ток в катушке индуктивности отстает от синусоидального напряжения на ней на 90 градусов. Тот факт, что по катушке индуктивности пойдет переменный ток, если подвести к ней переменное напряжение, не вызывает никаких сомнений: катушка намотана проводом, а ток идет по любому проводнику. Однако то, что в этом случае происходит в цепи катушки, определяется не только сопротивлением проводника, из которого эта катушка изготовлена.

Вспомните, если в катушке меняется ток, на ней наводится э.д.с. самоиндукции, которая тем больше, чем выше скорость изменения тока (Т-57). А это значит, что в катушке, по которой идет синусоидальный ток, наведется синусоидальная э.д.с. самоиндукции: скорость изменения синусоидального тока тоже меняется по синусоидальному закону. Но э.д.с. самоиндукции всегда препятствует изменениям тока, и есть только одна сила, которая может противодействовать этой мешающей э.д.с. поддерживать переменный ток в цепи. Эта сила — внешнее напряжение, которое действует на катушке, то есть часть э.д.с., которая достанется этой катушке от генератора. Чтобы компенсировать э.д.с. самоиндукции, внешнее напряжение должно бить по ней в противофазе, то есть со сдвигом на 180°, на полпериода. Построив графики всех трех «героев» этого сражения, легко убедиться, что ток в катушке отстает от напряжения на ней на 90° (Р-53;7).

Р-53

Т-78. Индуктивное сопротивление показывает, как катушка влияет на величину тока. Теперь о соотношении между током и напряжением. Это соотношение автоматически устанавливается таким образом, чтобы мешающая току э.д.с. самоиндукции в точности уравновешивалась бы напряжением на катушке. С подобным автоматизмом мы уже встречались: постоянное напряжение на последовательных резисторах автоматически распределялось так, чтобы ток во всей цепи был одинаковым (Т-37; Т-40). Вот пример работы автоматики в катушке, по которой идет переменный ток. Допустим, что в какой-то момент вышла из повиновения и сама по себе увеличилась в два раза амплитуда тока. При этом, конечно, увеличится и скорость его возрастания: если, например, раньше за 1 сек ток нарастал до амплитуды 1 А, то теперь он будет за ту же секунду нарастать до 2 А, то есть скорость нарастания тока будет в два раза больше. А значит, возрастет э.д.с. самоиндукции и, мешая току, уменьшит его.

Посмотрим, что случится, если мы увеличим частоту переменного тока, не меняя напряжения, которое подводится к катушке. В этом случае увеличится скорость изменения тока (чем выше частота, тем быстрее меняется ток), а значит, увеличится связанная с ней мешающая э.д.с. И тут же автоматически уменьшится ток в цепи, а вместе с ним и э.д.с. самоиндукции. Причем уменьшатся они именно настолько, чтобы внешнее напряжение могло беспрепятственно двигать по цепи заряды, создавать ток. (Это чем-то напоминает грузовик, который сам меняет свою скорость в зависимости от рельефа дороги.)

То же самое произойдет, если увеличить индуктивность катушки — и в этом случае ток автоматически уменьшится и потянет за собой мешающую э. д.с. самоиндукции, не позволяя ей одолеть внешнее напряжение. Одним словом, и увеличение частоты, и увеличение индуктивности влечет за собой уменьшение тока в катушке или, при неизменном токе, увеличение напряжения на ней. Это позволяет объединить частоту и индуктивность в общей характеристике — индуктивном сопротивлении x_L — получить с его помощью простые формулы закона Ома (Р-56;2).

Кстати, катушка, если пренебречь сопротивлением ее проводов, так же, как и конденсатор, оказывается не активным, а реактивным элементом цепи. Индуктивное сопротивление х_L так же, как емкостное х_с, влияет на величину тока, но мощности от генератора не потребляет: все, что в какие-то моменты катушка отбирает у него на создание магнитного поля, она отдает генератору обратно, когда это поле исчезает.

Т-79. С помощью конденсаторов и катушек можно создавать фильтры — электрические цепи, которые по-разному пропускают токи разных частот.