Мини-лекции. Постоянный ток2

Произошла авария и город погрузился во тьму! Только фары редких, проезжающих машин косыми лучами освещали ослепшие окна домов... Но вот, поздно ночью аварию устранили и?.. И ровно в 00 часов, нуль-нуль минут, включили рубильник и?.. А теперь вопрос!? Через какое время у Вас в доме опять вспыхнет свет и жизнь наладится? Через какое время электроны вышедшие из чрева электростанции доползут до Вашего дома, если?.. Если электростанция находится в двухстах километров от Вашего дома, а скорость электронов под воздействием электрического поля равна 0,1 мм/сек.!? Если Вы сразу же глубоко задумались... Если Вы взяли в руки калькулятор и?.. Значит всё, что здесь написано и далее, именно для Вас уважаемые «домохозяйки»!

Почему «домохозяйки», в смысле слово взято в скобочки? Да потому, что «домохозяйки» это не только женщины всю жизнь стоящие у «Вечного огня», но отчасти и мужики, ни черта не делающие и в своих казалось бы сугубо мужских делах, разбираются хуже любых домохозяек! У меня на работе есть такие инфантильные особи муженского пола. Они и думают не головой и как оказалось и руки у них растут оттуда же!

Пришли мы как-то в гости к своим не очень знакомым. Хозяина дома не оказалось, только его жена. И вот как обычно женщины удалились на кухню, — посплетничать естественно. Мне ничего не оставалось, как ходить по квартире и как бы с любопытством всё вокруг разглядывать... Всё было как у всех, но одна вещь меня очень заинтересовала! На стене висела узорчатая, большая, мельхиоровая ложка. Кто помнит семидесятые-восьмидесятые, тот понял о чём речь. Ложка, как ложка вот только тыльная сторона вся в каких-то царапинах, выбоинах.
«Это, что с ней?» — показывая ложку, спросил я хозяйку.
 — У нас же молотка в доме нет! Вот мы ей гвозди и забиваем!..

Всего моих мини-лекций семь. Насколько возможно постараюсь Вас не нагружать подробностями. Думаю, что Вы узнаете что-то новое для себя, полезное и посмотрите на всё другими глазами!? Возможно появится и восьмая мини-лекция? Всё зависит от Вашей реакции уважаемые читатели!

16 марта 1789 года в немецком городишке Эрланген, что вблизи Нюрнберга родился Георг Симон Ом. Догадываетесь о чём пойдёт речь? Конечно о законе Ома. Но до того нужно разобраться с одним важным вопросом. Наверняка Вы хотя бы раз в жизни попадали в ситуацию, скажем на вокзале, рынке, большом магазине, там где много-много народа. Если Вам нужно быстро пройти куда-нибудь, то в самом прямом смысле сталкиваетесь с людьми и Ваша скорость продвижения снижается... Вот так и ток движущихся частиц сталкивается с препятствиями, с атомами с электронами... Так ещё, среда оказывает определённое сопротивление потоку частиц, и говорят, что проводник имеет определённое сопротивление. Это как бы негативное свойство измеряется в Омах, названных естественно в честь Георга Симона Ома! От чего зависит сопротивление проводника? Это: материал из которого проводник изготовлен, сечение проводника — площадь перпендикулярного среза, длины, температуры. Чем тоньше проводник, чем длиннее, тем его сопротивление больше. С увеличением температуры сопротивление увеличивается. Сопротивлениями или по импортному резисторами называют и элементы широко применяемые в электротехнике, радиотехнике, электронике. На рис4. как раз и показаны такие резисторы. Они имеют не только какую-то величину сопротивления, но и мощность, позволяющую пропускать определённые токи без разрушения элементов!

Рассмотрим небольшенькую схему рис1. Это не что иное как широко известный карманный фонарик. Кружочек с крестиком это лампочка. Слева батарейка состоящая из трёх элементов. И внизу кнопочка ВКЛ/ВЫКЛ. Замкнём эту кнопочку и посмотрим на рис2. Прямоугольники это условные изображения сопротивления частей нашего фонарика. Первое что мы замечаем, — цепь сопротивлений замкнута! Только при таком условии ток может идти. Далее, Rн — сопротивление нагрузки, то есть нашей лампочки. R1 и R2 сопротивления проводников соединяющих батарейку с лампочкой. Я их условно объединил в одно сопротивление потерь Rп = R1 + R2. Внизу Rвн это так называемое внутреннее сопротивление источника тока. Оно также участвует в процессе. А теперь вспомним свою школу: директора, завуча, девчонок, пацанов... Короче на рис5. минимум того, чего Вам нужно вспомнить! Это закон Ома. Ток (I) прямо пропорционален напряжению (U) и обратно сопротивлению цепи (R). Или видоизменённо U = IR. Напоминаю, что мощность P = IU. На рис3. как раз этот закон в картинках: при напряжении приложенном к сопротивлению R возникнет ток I. К чему это я? Вернитесь к рис2. У нас полезной нагрузкой является только лампочка. А остальные R1, R2, Rвн? Они тоже входят в цепь. Через них идёт также ток I и согласно закону Ома на них будет падать напряжение U1, U2, Uвн. Стало быть напряжение на нагрузке (нашей лампочке) Uн = Е - U1 + U2 + Uвн. Вот и получается, что напряжение на нагрузке всегда меньше Е — Э.Д.С. источника. Соответственно и будут выделяться мощности: P1, P2, Pвн! Pвн на нагрев генератора тока и от этого никуда не деться! А P1 и P2? Они будут нагревать подводящие проводники. А как же, без этого никак нельзя! Конечно реальные сопротивления проводников в нашем фонарике очень-очень малы, но как быть с тысячекилометровыми проводами от электростанции к Вашему дому? И тогда все эти P1, P2 будут иметь огромные значения и естественно, будут обогревать улицу! А для этого на электростанции будут сжигать лишний уголь, газ, мазут... Как этого избежать, или хотя бы сократить? Оставим этот вопрос на потом... И Вы возможно впервые в жизни узнаете: Так вот оказывается зачем вот это и это и это...

А пока Вы ещё не уснули вернёмся на землю, к тому, что нам ближе... Применим закон Ома для быта для семьи... Посмотрите на рис6. Это типичная проблема, когда нет нужной лампочки для того же фонарика. Лампочка рассчитана на напряжение меньшее чем даёт батарея. А другой нет! И что тогда? Тогда ставят последовательно сопротивление (как элемент) R. По закону Ома Ur = IR. Подбирая значение R мы тем самым подбираем ненужное напряжение которое будет вычитаться из Э.Д.С. батареи. На лампочке будет напряжение именно то, какое указано в документации на лампочку. Последовательно включённое сопротивление раньше называли гасящим, а напряжение на нём, — падением напряжения. Кто в курсе, может меня поправить, естественно без обид!

Следующая наша тема, это... Правильно, что Вы задаёте вопрос:«Вот напряжение, ток, сопротивление... Это скока? Как узнать и ещё применить? Чем измерить?» Ну и конечно тут же найдутся грамотные! Вот мол есть индикатор, ну типа отвёртки... Индикатор граждане хорошие, он и в Африке индикатор! Это всё равно что сунуть палец в стакан с горячей водой! Ой горячо! А горячо, это скока? А-а!!! То-то же! Это во-первых! А во-вторых индикатор не для нашего случая... О чем Вы узнаете позже. На рис8. схема, а на рис9. общий вид того как и чем измеряют напряжение. А напряжение измеряют вольтметром, причём подключают его параллельно нагрузке. На рис10. и схема и принцип измерения тока амперметром. Амперметр включается последовательно с нагрузкой (лампочкой). А как же быть с сопротивлениями, чем их измерить? Измеряют сопротивления омметром. На рис11. и рис12. показаны схемы (упрощённые конечно) омметров. Слева так называемая последовательная, — справа параллельная. Собственно мы измеряем не непосредственно сопротивление, а ток протекающий через него. Чем больше сопротивление, тем меньше ток и наоборот! Осталось только проградуировать амперметр в омах и всё, — омметр готов! Последовательная схема удобна при измерении больших сопротивлений. Сотни и тысячи ом. Но иногда приходится измерять сопротивления в несколько ом, и оказывается, что последовательная схема совсем непригодна для этого! Слишком уж большая погрешность! В таких случаях применяют параллельную схему. Здесь неизвестное сопротивление включают как шунт. Помните кому в девяностые делали шунтирование и чем закончилось? Шунтирование это когда часть тока отводится налево! То есть на неизвестное сопротивление. И чем оно меньше, тем ток ответвляется больше. На рис13. показаны шкалы омметров двух типов: верхняя для последовательной схемы омметров, а нижняя следовательно для параллельной.

Как же пользоваться омметром? Прежде всего хочу вам доложить, что сопротивления (как элемент) могут быть не только постоянными, но и переменными. Те кому за пятьдесят помнят ещё старые радиоприёмники, проигрыватели, телевизоры... Так вот, регуляторы громкости (и тембра), которые часто вертели и есть переменные сопротивления. Их ещё называют потенциометры. Нет, к Вашей потенции они никакого отношения не имеют! Посмотрим на схему рис11. Перед измерением точки а и б замыкают накоротко. Амперметр обозначенный греческой буквой Омега, покажет какой-то ток. Вы переменным сопротивлением Rк и плюс Rд (оно подбирается на заводе) регулируете отклонение стрелки омметра до совмещения последней с нулём на верхней шкале. Так называемая «установка нуля». А далее в точки а и б подключаете исследуемое сопротивление. При отсутствии сопротивления или очень большого номинала, стрелка прибора будет указывать на бесконечность. В параллельной же схеме всё ни как у людей, — всё шиворот навыворот: ноль слева, а бесконечность справа. И установка с отключенным исследуемым сопротивлением делается на бесконечность. Проверка при замыкании точек а и б стрелка прибора упадёт на ноль. Обычно, если в приборе присутствуют оба режима измерения, стоит переключатель. При включении параллельной схемы через прибор пойдёт ток и если Вы забудете переключиться, то Ваша батарейка в омметре быстренько разрядится!

Ну, что дамы и господа нам остаётся только подвести итог! Конечно я Вам не указ, но иметь в доме универсальный прибор который называли по всякому: то авометр, то тестер, а теперь по новоимпортному, — мультиметр, не помешает! И даже если Вы очень-очень домохозяйка, могут возникнуть вопросы... И Вам опять придётся идти на поклон к какому-то дяде... Работая в женском коллективе очень даже часто сталкиваюсь с такими казалось бы пустяковыми вопросами...

На рис14. изображён универсальный измерительный прибор (тестер, мультиметр) ТЛ-4. Таким я пользуюсь уже более сорока лет. Изготовлен на заводе контрольной аппаратуры города Тарту ЭССР в 1973 году. За хороший прибор им отдельное спасибо, не смотря ни на что! На рис15. его шкала в увеличенном виде. На приборе в нижнем правом углу та самая ручка омметра «установка нуля». В ТЛ-4 только последовательная схема измерения сопротивлений, что видно на шкале. Она вторая снизу. Сейчас магазины завалены так называемыми цифровыми мультиметрами рис16. Они относительно малы и как бы удобны. Но не всех устраивают и не всегда! Дело в том, что во-первых для любого измерения необходим источник питания, — батарея 9 вольт. Во-вторых в отличие от стрелочных приборов, здесь всё измеряемое превращается в цифру и уже потом выводится на дисплей. При нестабильных измеряемых параметрах не дождаться когда же выйдет результат? Прибор постоянно колбасит! Но для дома, для семьи это не так уж важно. Стрелочный же прибор страдает уже другим недугом, — результат зависит от того, каким косым глазом Вы посмотрите на шкалу! Идеального ничего нет, что же поделаешь!?