Закон Ома является основным законом электротехники и радиотехники. Поэтому необходимо хорошо запомнить приводимые ниже основные виды этого закона.
В формуле закона Ома
I = U/R
напряжение U представляет собой делимое, сопротивление R — делитель и ток I — частное. Вспомним, что делимое равно произведению делителя на частное/ Поэтому мы можем выразить этот же закон в новом виде:
U = I·R.
Это означает, что напряжение равно произведению тока на сопротивление. Следовательно, зная величину тока, протекающего через проводник с известным сопротивлением, мы можем, перемножив эти две величины, определить напряжение, создающее данный ток.
И, наконец, исходя из этого второго вида закона Ома U = I·R и вспомнив, что произведение U при делении его на один из сомножителей I дает другой сомножитель R, мы можем написать:
R = U/I
Эта формула и является третьим видом закона Ома. Мы видим, что сопротивление равно напряжению, деленному на ток.
Если мы знаем величину напряжения на концах проводника и величину тока, которую оно определяет, мы можем получить значение сопротивления проводника, разделив первую величину на вторую.
На этом законе основаны омметры — приборы, служащие для измерения сопротивления проводников. Они содержат батарею с известным напряжением и амперметр (прибор для измерения силы тока). Когда напряжение батареи прикладывается к измеряемому проводнику, амперметр показывает величину установившегося тока После этого для определения величины измеряемого сопротивления достаточно разделить известное напряжение батареи на величину тока, отсчитанную по амперметру.
Комментарии ко второй беседе
Если в первой беседе Любознайкин сумел изложить основные свойства постоянного тока, т. е. тока, создаваемого напряжением, имеющим постоянные величину и направление, то во второй беседе он смело приступил к рассказу о переменном токе.
Этот ток создается переменным напряжением. В случае переменного напряжения потенциал каждого конца проводника изменяется по отношению к потенциалу другого конца проводника попеременно с положительного на отрицательный и наоборот, проходя при этом через все промежуточные потенциалы (включая и нулевой потенциал). В результате возникает ток, непрерывно изменяющий направление при движении в одном направлении он возрастает, достигая максимума, именуемого амплитудой, затем спадает, на какой-то момент становится равным нулю, потом вновь возрастает, но уже в другом направлении и также достигает максимального значения, спадает, чтобы затем вновь пройти через нуль, после чего цикл всех изменений возобновляется Время, за которое происходит один такой цикл (время, включающее изменение тока в обе стороны), называется периодом переменного тока. Количество периодов, совершаемое током в одну секунду, носит название частоты.
Само собой разумеется, что чем короче период, тем больше их в одну секунду и тем выше частота.
Переменный ток используется в электрической сети. Он вырабатывается машинами, называемыми «генераторами переменного тока». Обычная частота тока в Европе 50 пер/сек, или 50 гц, а в Америке — 60 гц.
«Промышленные частоты» для радиста являются очень «низкими», так как, в радиотехнике для волн, используемых для радиопередачи, применяют токи высокой частоты, с частотой по крайней мере 10 000 гц, иначе говоря с периодом, равным или меньшим 0,0001 сек. Каждый период такого тока, проходящего по вертикальному проводу — передающей антенне, порождает электромагнитную волну, распространяющуюся в пространстве наподобие кольца, непрерывно расширяющегося вокруг антенны Это расширение происходит со сказочной быстротой, удаляющей волну от антенны на 300 000 000 м/сек, т. е. со скоростью, равной скорости света В этом нет ничего удивительного, так как радиоволны и световые волны имеют одну и ту же природу, в обоих случаях мы имеем дело с электромагнитными волнами. Они различаются лишь по частоте, которая значительно выше у световых волн.
Расстояние между двумя волнами, последовательно излученными антенной, называется длиной волны. Чем короче период (или выше частота), тем меньше это расстояние, т. е. волны следуют одна за другой через меньшие интервалы.
В радиотехнике различают несколько категорий или «диапазонов» волн, установленных несколько произвольно:
Длинные волны — с длиной волны 600 м и больше.
Средние волны — с длиной волны от 200 до 600 м.
Короткие волны — с длиной волны от 10 до 200 м.
Ультракороткие волны — от 1 до 10 м
Дециметровые волны — от 10 см до 1 м.
Сантиметровые волны — от 1 до 10 см.
Последние почти вплотную подходят к наиболее длинноволновой части инфракрасного излучения.
Следует также сказать, что в радиотехнике вместо слова «период» иногда используют слово «цикл», а выражение «период в секунду» или «цикл в секунду» обычно заменяется термином герц (по фамилии физика, экспериментально доказавшего существование электромагнитных волн). В связи с тем, что в радиотехнике часто имеют дело с очень высокими частотами, пользуются укрупненными единицами: килогерц (кгц) = 1 000 гц, мегагерц (Мгц) = 1 000 000 гц и гигагерц (Гц) = 1 000 000 000 гц.
Создание электромагнитных волн электрическим током является одним из многочисленных проявлений тесного родства (если не больше), объединяющего электрические и магнитные явления. Всякое перемещение электронов в проводнике порождает в непосредственной близости от него особое состояние пространства, называемое магнитным полем. Намагниченная стрелка компаса обнаруживает наличие магнитного поля вокруг проводника, по которому проходит электрический ток, причем стрелка устанавливается перпендикулярно проводнику. Если изменить направление тока, то стрелка опишет полукруг, что свидетельствует о наличии у магнитного поля полярности, определяемой направлением тока.
Магнитное поле проводника можно усилить, намотав проводник в виде катушки. В этом случае магнитные поля всех витков складываются и катушка, через которую проходит ток, действует как настоящий линейный магнит.
Действие такого магнита можно усилить, введя внутрь катушки стальной стержень. Мягкая сталь имеет для магнитных сил значительно большую магнитную проницаемость, чем воздух. Магнитное поле сосредоточивается в магнитном сердечнике, и мы получаем электромагнит. Если сердечник сделан из мягкой стали, то при выключении тока он теряет свою намагниченность (или сохраняет ее лишь в небольшой степени). Если же сердечник сделан из твердой стали, он остается намагниченным и после включения тока Именно таким способом в настоящее время изготавливают искусственные постоянные магниты.
Изменения электрического тока влекут за собой соответствующие изменения создаваемого им магнитного поля и, наоборот, изменяющиеся магнитные поля наводят в проводниках переменные токи. Поднося магнит к катушке или удаляя его от нее, мы наводим в катушке ток, который существует только во время движения магнита, т. е. во время изменения магнитного поля Следует хорошо усвоить, что именно изменение, а не простое присутствие магнитного поля сопровождается появлением тока в проводнике.
Вместо магнита к катушке можно подносить электромагнит — катушку, по которой идет постоянный ток. Результат будет таким же. Можно поместить катушку рядом с другой и пропускать через нее переменный ток. Переменный ток, проходящий по одной из катушек, вызовет во второй катушке переменный ток. Это явление носит название индукции. При этом нет необходимости в материальном контакте, так как между двумя катушками имеется магнитная связь. Обе катушки представляют гобой в целом электрический трансформатор. Из дальнейшего станет ясным основание для такого наименования.