Т-70. На любом участке электрической цепи действует закон Ома, по сути, такой же, как закон Ома для всей цепи. Законы любой страны в значительной своей части действуют на всей её территории, но есть и такие, которые учитывают особенности отдельных регионов, — это местные законы, непременно согласованные с законами общегосударственными. Нечто подобное можно сказать про закон Ома — он может отображать соотношение Е, R, I для всей цепи, а также для какого-либо её участка. При этом закон Ома для участка цепи имеет некоторые местные особенности.
Напряжение U на участке цепи (падение напряжения) это не выдумка, помогающая что-то объяснить или подсчитать. Это реальность, которую можно измерить вольтметром и назвать местной э.д.с. Но общая э.д.с. Е — это характеристика генератора, и ни от чего другого она не зависит, а вот напряжение U на участке цепи никак не назовёшь независимой величиной.
ВК-79. Направление магнитного поля проводника определяется по правилу часов — если ток входит в циферблат, то северный полюс направлен по ходу стрелок. Если сделать из проводника с током виток, то у него появятся магнитные полюсы — северный и южный. Соединив последовательно несколько витков провода, то есть намотав катушку и пропустив по ней ток, можно получить довольно сильный магнит или, точнее, электромагнит — магнитные поля отдельных витков, по которым идёт общий ток, суммируются.
Т-71. Напряжение U на участке цепи зависит от силы тока I, который проходит по этому участку, и от его сопротивления R. Совсем недавно из формулы закона Ома мы получили две расчётные формулы — для вычисления э.д.с. Е и сопротивления R (Р-26). И было отмечено, что это именно расчётные формулы, что истинных физических зависимостей они не описывают. Из формулы закона Ома для участка цепи можно получить две похожие расчётные формулы — для вычисления U и R (Р-31). Вторая формула (R = U: I), как и прежде, это всего лишь расчётная формула, поскольку сопротивление ни от напряжения U, ни от тока I реально не зависит, а зависит только от того, из чего и как сделан резистор, которым данное сопротивление представлено в схеме. А вот первая расчётная формула U = I∙R отображает реальную зависимость, и притом очень важную. Она говорит о том, что чем больше ток, тем больше напряжение U на участке цепи. И это вполне объяснимо: чем больше ток, тем большее напряжение должно его поддерживать.
Таким образом, если отвлечься от того, что происходит во всей последовательной цепи, и рассматривать только события на одном её участке, то наиболее удобной становится такая формулировка закона Ома для участка цепи: напряжение на участке цепи тем больше, чем больше его сопротивление и чем больший ток по нему идёт.
А если учитывать то, что происходит во всей цепи, то окажется, что за этим самым «…чем больший ток по нему идёт» стоят зависимости, которые иногда нельзя не учитывать. Так, например, если уменьшить какое-нибудь сопротивление Rx последовательной цепи, то уменьшится общее её сопротивление, увеличится общий ток и в полном соответствии с нашей расчётной формулой возрастут напряжения на всех остальных участках.
Вооружившись достаточно мощными средствами для знакомства с электрическими цепями, мы в дальнейшем, как правило, уже не будем прибегать к образным описаниям знакомых событий, к таким, например, как «электроны отправились в путь от «минуса» к «плюсу», «электроны с трудом проходят через сопротивление», «электроны натыкаются на неподвижные атомы», «электроны возвращаются в «плюс». Настал момент сделать небольшое усилие и перейти к иному языку, к несколько иному описанию этих событий, может быть, менее красочному, но зато чёткому, экономному и, главное, общепринятому.
Глава 6
Думайте на языке электрических схем
Невозможно представить себе химика, который не понимает язык химических формул, или конструктора самолётов, который не умеет читать чертежи. Для того чтобы разбираться в электрической технике, как уже говорилось (Т-7), нужно освоить несколько профессиональных языков, в том числе язык электрических схем. Знание языка схем — это прежде всего понимание зависимости токов и напряжений от какого-нибудь элемента, например от резистора или от конденсатора в цепи переменного тока. Размышления о такой зависимости чем-то напоминают дедуктивный метод Шерлока Холмса (дедукция — вывод, сделанный по правилам логики), позволивший великому сыщику раскрыть не одно запутанное дело. Использование языка электрических схем тоже даёт реальные практические результаты — позволяет, в частности, понять, какой именно элемент и каким образом нарушил нормальный режим цепи и что конкретно нужно сделать, чтобы вернуть режим к норме.