О химических источниках тока мы ещё поговорим подробно, поскольку это очень распространённые устройства. Достаточно вспомнить, что аккумулятор есть в каждом автомобиле, тракторе или самолёте, а гальванические элементы (их часто называют батареями, или батарейками, хотя, строго говоря, это название относится не к единичным гальваническим элементам, а к блоку из нескольких соединённых химических источников тока) работают в самой разнообразной переносной электронике, не говоря уже о карманных фонарях.
Т-42. Карманный фонарик — простейшая реальная электрическая цепь. В качестве первой подопытной реальной электрической цепи мы выбираем простейший карманный фонарик. Рисунок Р-25 даёт представление о внешнем виде одной из моделей фонаря, расположении и электрическом соединении его деталей. Рисунок также показывает, как изображается соединение этих деталей в виде условной схемы.
Схема предельно проста. Гальванический элемент Б1 (он обозначен буквой Б1, от слова «батарея», такое обозначение принято для всех химических источников тока) имеет два вывода, к которым внутри элемента подключены его электроды — «плюс» и «минус». К обоим выводам прижаты пружинящие контакты самого фонарика, и таким образом гальванический элемент включён в цепь. Аналогично через контакты патрона включена в цепь нагрузка — лампочка Л1. Следующая деталь — выключатель Вк1. Когда он замкнут, то все токопроводящие детали фонарика ведут себя просто как единый, непрерывный кусок провода. Если же выключатель Вкг разомкнут, то он создаёт разрыв цепи — в цепь фактически включён диэлектрик, воздушный участок. В диэлектрике свободных зарядов нет, и при последовательном его включении в цепь ток в ней невозможен — цепь разорвана.
ВК-51. Сопротивление R проводника зависит от его длины L, от площади его поперечного сечения S, то есть от диаметра d, а также от материала. Единица сопротивления ом (Ом), примерно такое сопротивление имеет медный провод диаметром 0,5 мм (сечение — около 0,18 мм2) и длиной около 10 м. В электротехнике и в электронике широко используют детали, основная задача которых — оказывать определённое сопротивление электрическому току, эти детали так и называются — «сопротивления» (резисторы).
Соединительные провода в фонарике выполнены в виде жестяных пластинок, из-за их малой длины потери в них можно не учитывать, и провода отображаются на схеме обычными тонкими линиями. Когда выключатель замкнут, электроны непрерывно двигаются от «минуса» к «плюсу» — в цепи идёт ток, он сильно нагревает нить лампочки, и она светится. Одновременно появляется ионный ток в электролите батарейки, он возвращает её «минусу» электроны, которые ушли из него и по внешней цепи (лампочка, замкнутый выключатель, соединительные провода) добрались до «плюса». Благодаря этому внутреннему току на «минусе» сохраняется избыток электронов, на «плюсе» — их нехватка. Так продолжается до тех пор, пока батарейка не израсходует свои запасы химической энергии.
Глава 4
Не нужно бояться вопроса «сколько?»
Чтобы разобрать какой-нибудь автомобильный агрегат, нужен хороший набор инструментов. Электрические и электронные аппараты в этом отношении имеют серьёзное достоинство — многие из них вполне можно разобрать одной отвёрткой. Но что дальше? Хороший автомеханик сможет не только разобрать незнакомый агрегат, но и разобраться в нём — он видел много самых разных машин, понимает, можно даже сказать, чувствует механику. А вот в электрических и электронных аппаратах многое скрыто от нас, и трудно понять, что происходит в бессчётных деталях и хитросплетении проводов. Здесь нужно, прежде всего, знать, как характеристики какого-либо процесса (напряжение, ток, мощность и другие) влияют на работу всего аппарата. А для этого нужно знать, какими «метрами» и «граммами» пользуются электрики — как не только словами, но и цифрами оценивают электрическую цепь и то, что в ней происходит.
Т-43. Об электрической цепи иногда необходимо рассказывать не словами, а цифрами. С помощью карманного фонаря мы кое-что осветили в скрытых от взора электрических процессах, но открылась нам, как принято говорить, лишь качественная картина: «Потери в проводах можно не учитывать», «На «минусе» сохраняется избыток электронов, на «плюсе» — недостаток», «В цепи идёт ток», «Ток сильно нагревает нить лампочки». Чтобы управиться с фонариком, этих представлений более чем достаточно, но в наших планах знакомство с электрическими машинами, более сложными и даже значительно более сложными, чем карманный фонарь. Чтобы понять протекающие в них процессы, нам нужно будет пользоваться не только качественными, но и количественными оценками. «В цепи идёт ток». Насколько сильный? «Ток сильно нагревает нить лампочки». Какая при этом расходуется мощность? «На «минусе» сохраняется избыток электронов». С какой силой он выталкивает их во внешнюю цепь?