Читаем без скачивания Шаг за шагом. Усилители и радиоузлы - Рудольф Сворень

Пример. 1 мка (микроампер) = 10-6 а; 1 пф (пикофарада) = 10-12 ф; 1 Мом (мегом) = 106 ом.

4. Наверняка сейчас уже трудно найти человека, который не знал бы первой формулы (б). Это закон Ома. Чем больше э. д. с. Е, то есть чем больше сила, выталкивающая заряды из генератора (в нашем примере из батарейки), и чем меньше сопротивление R цепи, то есть чем меньше эта цепь препятствует движению зарядов, тем больше ток I в цепи.

Единица тока 1 а соответствует заряду 1 к (кулон — = 6 280000000 000000000 зарядов электрона), проходящему через поперечное сечение проводника за 1 сек. Две другие формулы (в, г) предназначены для расчетов и получены из первой путем простейших алгебраических преобразований.

Для облегчения вычислений можно пользоваться таблицей д. В каждом вертикальном столбце находятся «комплекты» единиц для расчетов по формулам закона Ома.

Примеры. Дано: Е = 4,5 в (4500 мв); R = 9 ком.

Находим: I = 0,5 ма.

Дано: I = 0,2 мка; R = 10 Мом.

Находим: Е = 2 в.

5. Любая цепь, состоящая из нескольких последовательно соединенных сопротивлений (5, а) представляет собой делитель напряжения. Генератор (батарея) распределяет свои силы, и на каждом участке действует некоторая часть э. д. с., так называемое напряжение U на участке цепи. Напряжение на каком-либо участке тем больше, чем сильнее ток и чем больше сопротивление этого участка (5, д). А поскольку ток во всей цепи одинаков, то напряжение распределяется пропорционально величинам сопротивлений (5, а, б, з). Сумма всех напряжений равна величине э. д. с. (5, и). Соотношение между напряжением, током и сопротивлением на участке цепи (5, д, ж, е) аналогично формулам закона Ома (4, б, в, г).

Общее сопротивление последовательной цепи равно сумме сопротивлений участков (г). Если сопротивления резко отличаются по величине, то Rобщ примерно равно большему сопротивлению.

Примеры. Дано: I = 50 ма; R1 = 20 ом; R2 = 1 ком.

Находим: U1 = 1 в; U2 = 50 в; Rобщ = 1020 ом ~= R2

Дано: R1 = 2 Мом; R2 = 3 Мом; Е = 10 в.

Находим: U1 = 4 в; U2  = 6 в; Rобщ = 5 Мом.

6. Шутя можно сказать, что величина э. д. с. — типичное очковтирательство. Дело в том, что в любом генераторе есть собственные внутренние потери Rвн, и на них расходуется часть э. д. с. (Uвн). Поэтому в «рабочей обстановке» при замкнутой цепи напряжение UГ на выходе генератора (часто говорят: на зажимах) всегда меньше, чем э. д. с. С увеличением нагрузки (увеличить нагрузку — это значит уменьшить Rн), то есть с увеличением потребляемого тока Iн , напряжение на зажимах падает (6, б).

Примеры. Дано: Е = 4,5 в; Rвн = 2 ом; Iн = 0,5 а.

Находим: Uвн = 1 в; UГ = 3,5 в.

Дано: Е = 4,5 в; Rвн = 2 ом; Iн = 2 а.

Находим: Uвн = 4 в; UГ = 0,5 в.

7. Если участки цепи в простейшем случае сопротивления соединены параллельно (7, а), то общий ток, проходя через них, разветвится — большая часть тока пойдет по пути наименьшего сопротивления (7, б, в). Обычно одно из сопротивлений по каким-то причинам считают главным, а второе называют шунтом, ответвлением. Подключение шунта и ответвление некоторой части общего тока от главного пути называют шунтированием. Чем сильнее зашунтирован главный участок R2 (то есть чем меньше Rш), тем меньшая часть общего тока идет по основному пути.

При параллельном соединении общее сопротивление (7, г) всегда меньше наименьшего из сопротивлений, а при большой разнице между R2 и Rш примерно равно наименьшему. Если R2 = Rш то общее сопротивление равно половине одного из них.

Анализ сложных электрических цепей чем-то напоминает игру в шахматы — нужно одновременно удерживать в памяти довольно много данных, предвидеть события на много ходов вперед. Для иллюстрации сказанного попробуйте уменьшить Rш на нашей довольно простой схеме. При этом уменьшится RАБ и, как следствие, снизится общее сопротивление всей цепи (7, д), возрастет ток Iобщ, а это, в свою очередь, увеличит напряжение U1. К этому выводу, правда, можно было прийти и более коротким путем: если уменьшить Rш, то изменится соотношение сопротивлений делителя R1:RАБ, а значит, и соотношение напряжений U1:UАБ (5, з).

Примеры. Дано: UГ = 240 в; R1 = 40 ком; R2 = 40 ком; Rш = 40 ком.

Находим: RАБ = 20 ком; Rобщ = 60 ком; Iобщ = 4 ма; U1 = 160 в; UАБ = 80 в; Iш = 2 ма; I2 = 2 ма.

Уменьшим Rш до 1 ком. При этом RАБ = 980 ом ~= Rш; Rобщ = 41 ком; Iобщ = 5,9 ма; U1 = 234 в; UАБ = 6 в; I2 = 0,15 ма; Iш  = 5,75 ма.

8. Мощность Р, потребляемая каким-либо участком электрической цепи (8, а), в равной степени зависит и от тока I и от напряжения U на этом участке (8, б). Чем больше напряжение, тем большую работу выполняет каждый движущийся заряд; чем больше ток, тем более массовый характер носит движение зарядов, большее число «работников» проходит по проводнику в единицу времени. Все это говорит о том, что одну и ту же мощность можно получить при большом токе и малом напряжении или, наоборот, при большом напряжении и малом токе (8, д). Подставляя в формулу мощности выражения для I или U, взятые из закона Ома для участка цепи (5, д, е), получаем удобные расчетные формулы (8, в, г).

Табл. 8, е аналогично табл. 4, д дает комплекты единиц для расчетов мощности.

Примеры. Дано: U = 120 в; I = 0,5 а.

Находим: Р = 60 вт.

Дано: U = 220 в; I = 0,28 а.

Находим: Р = 60 вт.

Дано: I = 5 ма (0,005 а); R = 20 ком (20 000 ом).

Находим: Р = 0,5 вт.

Дано: U = 250 мв (0,25 в); R = 10 ком (10 000 ом).

Находим: Р = 6,25 мквт.

9. Взглянув на графики 9, б и в, вы, очевидно, сразу поняли, что мы начинаем новую главу воспоминаний. Ее можно было бы назвать: «Что нужно постоянно помнить о переменном токе». На графиках показан синусоидальный переменный ток и такое же напряжение. Практически мы будем почти всегда иметь дело с переменными токами сложной формы.

Эффективным называют такое значение тока или напряжения, которое говорит о его способности выполнять работу в среднем за весь период. Ясно, что эффективное значение меньше амплитудного: ведь амплитуда — это довольно редкое явление, своего рода трудовой рекорд. Когда приводят данные генератора или потребителя электроэнергии, одним словом, почти всегда, когда говорят о переменном напряжении, токе или мощности, имеют в виду только их эффективные значения Uэф, Pэф и Iэф, которые для синусоидального тока легко перевести в амплитудные (9, г, д, е, ж, з). Монополия эффективных значений настолько укрепилась, что индекс «эф» теперь почти никогда не ставят. И если возле букв U, I, Р нет индекса «эф», значит речь идет об эффективном значении.

Примеры. Дано: Uэф = 127 в.

Находим: Uампл = 180 в.

Дано: Uэф = 220 в.

Находим: Pэф = 310 в.

Дано: Uэф = 6,3 в, Iэф = 0,3 а.

Находим: Pэф = 2 вт; Pампл = 4 вт.

Для переменного тока действительны те же соотношения между э.д.с., сопротивлением, напряжением, током и мощностью, которые были приведены для постоянного тока (рис. 30, 4, 5, 6, 7, 8). Однако эти соотношения действительны только для цепей, которые состоят из активных сопротивлений. Как только в цепи появляется так называемый реактивный элемент, например конденсатор или катушка, все электротехнические законы и правила приобретают уже совсем другой вид.