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!
Возвратимся к теме поднятой в прошлой лекции. Тема уменьшения потерь при передаче электроэнергии на большие расстояния. Пути к уменьшению разные. Первым, что приходит на ум, это применение металлов для проводов с малым сопротивлением и это верно. Но!? Но скажем замена алюминиевых проводов на медные даст выигрыш, — медь имеет так называемое удельное сопротивление меньше чем у алюминия в 1,65 раза, но зато вес меди (удельный) в 3,3 раза больше чем у алюминия! И без того громадные сооружения линий передач станут ещё более громоздкими. Где же выход? Выход в повышении напряжения при передаче на большие расстояния. Скажем не 220 вольт, а 1150000 вольт.? Это значит, что для передачи одной и той же мощности при помощи высокого напряжения ток уменьшится 5227 раз (вспомните закон Ома!?). Соответственно и потери на нагрев улицы уменьшится! Но как получить такое сумасшедшее напряжение и что потом с ним делать на приёмной стороне?! Прямо так сунуть к нам в квартиру, дом? И делайте со всем этим что хотите? Получается замкнутый круг в виде квадрата! Но выход был найден благодаря открытиям и изобретением электромагнитной индукции и переменного тока!
К открытию вели два факта: ток протекающий по проводнику создавал магнитное поле и наоборот магнитное поле создавало электрический ток в проводнике. Получается, что протекающий по проводнику ток индуцировал в рядом расположенном проводнике такой же ток! Вот только была одна неувязка всё это происходило в мгновения в момент включения либо выключения тока. Постоянный ток не мог индуцировать такой же ток в расположенном рядом проводнике, увы! И только когда был изобретён переменный ток, решение сдвинулось с мёртвой точки!
Что же это за такой переменный ток и откуда его взять? Химические источники в этом случае не могли помочь. А кто мог? Генератор переменного тока. Вспомните как работает генератор постоянного тока? В момент перехода рамки от влияния одного полюса магнита к другому происходило переключения щёток токосъёмника (коллектора) и во внешнюю цепь приходили всплески постоянного тока горбообразной формы. В тоже время ток в самой рамке имел вид синусоиды. Так, что до изобретения генератора переменного тока нужно было лишь не переключать щётки, а снимать ток непрерывно с каждого плеча рамки! Что и было сделано рис7. В итоге мы получили ток синусоидальной формы рис6. И стало быть периодически меняющий своё направление и что главное всё время возрастающий и убывающий! Вот теперь такой ток мог непрерывно индуцировать на соседнем проводнике такой же синусоидальный ток, а это было наиважнейшее открытие! Только Вы ещё это не осознали, я так думаю!?
Если постоянный ток характеризуется величиной и направлением, то с переменным такой фокус не пройдёт! Итак, переменный ток описывается синусоидальной функцией и стало быть он периодичен и имеет период выраженный временным интервалом Т рис6. Обратная величина есть частота F показывающая сколько раз в секунду пройдёт периодов тока. Для нашей страны это пятьдесят периодов в секунду. Ток меняет своё направление пятьдесят раз за секунду! В западных странах шестьдесят раз. Если период Т измеряется в единицах времени, то частота в герцах по имени немецкого учёного Генриха Герца. И естественно по мере надобности с соответствующими приставками.
Чем же ещё характеризуется переменный ток кроме периода и частоты? Амплитудой, максимальной величиной которую мог достигнуть ток и так называющем действующим значением тока или напряжения. Что это такое? Если взять какой-то отрезок времени, то за этот отрезок переменный ток может совершить работу (нагрев), что и постоянный за это же время. Причём получается что эта величина постоянного тока будет равна 0,707 от амплитуды переменного тока! Кстати почти все приборы проградуированы в действующих значениях. Стало быть амплитудное значение будет равно не 220 вольт, а 311 вольт, то с чем Вы можете соприкасаться! А Вы и не подозревали!?
А только ли вот такой искусственный ток будет переменным? Нет конечно. Музыка, речь преобразуется в электрический ток. И он тоже переменный и неважно, что не периодический и не очень синусоидальный, а главное, — его величина меняется во времени! К чему это я? Посмотрите на рис14. Здесь показан отрезок столба и с отрезком телефонной линии. Наверное нет такого человека, кто бы не видел провода бегущие вдоль дорог. Я на 99% уверен что если человек не занят в сфере связи или не имел к этому никакого отношения, — не знает о том, о чём я хочу Вам сказать! Посмотрите как на этом столбе провода а и б меняются местами. И если проследить далее, то через определённое расстояние они опять поменяются местами! И если бы была возможность сжать расстояние всей линии, то Вы бы с удивлением увидели, что провода как бы скручиваются в спираль. В телефонной связи и не только, такие фокусы с проводами называют скрещиванием. Смысл всего этого в том, что с одной линии на другую наводятся токи и стало быть слышны абоненту разговоры ведущиеся по другим линиям. При скрещивании через некоторое расстояние провода меняются местами и на проводе по которому только что шёл ток в одном направлении начал наводиться ток другого направления. В итоге происходит как бы самоуничтожение наводимых токов. А витая пара как раз и сделана так чтобы как можно сильнее развести наводящиеся токи с пары на пару проводов.
В описанном выше случае имеет место быть негативное проявление этой самой электромагнитной индукции. А, что же позитивного? Как оказалось, что есть интерес в том чтобы именно наводились токи с одного провода на другой! Одним словом был изобретён трансформатор рис12. На рисунке внешний вид трансформатора и рядом его схема. Две обмотки находятся на так называемом сердечнике. Та которая подключена к источнику переменного тока называется первичной, другая соответственно вторичной. Если число витков на обеих обмотках равны, то на вторичной обмотке будет такое же напряжение как и на первичной. В тоже время обмотки гальванически не связаны друг с другом, только магнитным полем. Если на вторичной число витков больше чем на первичной, то этот трансформатор с повышающей обмоткой. А если наоборот, вторичная содержит меньше, — то понижающий. Достаточно много трансформаторов с различными обмотками и напряжениями. На рис10 одна из первых конструкций трансформатора, а на рис11. унифицированный тип трансформатора с множеством обмоток и напряжений, — вариантов много. И если на рис11. домашний трансформатор с габаритными размерами 100х100х100 мм., то на рис13. огромный (выше человеческого роста) промышленный трансформатор. Существуют ещё больших размеров, рассчитанные на большие напряжения и мощности.
Вот мы и подошли к самому главному вопросу, как сделать так чтобы и волки были сыты и овцы целы!? Электростанция вырабатывает электрический ток относительно небольшого напряжения. Трансформатор повышает его до 1150000 вольт и передаётся по линии электропередач (ЛЭП) по полям и лесам за тысячи километров! В конце пути другой трансформатор понижает напряжение до 220 вольт. И нате Вам, пользуйтесь на здоровье! Если же для дома, для семьи нужно более высокое напряжение (печь СВЧ около 3000 вольт.), пожалуйста трансформатор к Вашим услугам. Если меньше 220-ти и здесь трансформатор, — запросто Вам напряжение понизит.
И напоследок на рис8. показано применение трансформаторов в быту. Это часть схемы радиоприёмника «Рекорд-60», выпущенный в 1960-ом году. Применяемый здесь трансформатор называют силовой и он питает весь радиоприёмник, давая 250 вольт и 5-6 вольт для накала радиоламп. Здесь вторичные обмотки (они справа) гальванически развязаны с сетью 220 вольт (обмотки слева). На рис9 часть схемы радиоприёмника «Москвич» пятидесятых годов. Здесь применяют так называемый автотрансформатор. У него одна большая обмотка (и первичная и вторичная и всё в одном флаконе)! Если в сети 220 вольт, то автотрансформатор только понижающий. Если же в сети 127 или 110 вольт (было и такое), то трансформатор и понижающий и повышающий, одновременно! На схеме именно он такой и переключен на напряжение сети 127/110 вольт. К сожалению вся схема радиоприёмника жёстко, гальванически связана с электрической сетью 220 вольт!