НИЯ
АВИАЦИОННЫХ
МОТОРОВ
СИТИ • ГОСМАШИЕТИЗДАТ • 1834

Йиж. Ю. Е. КЕДРИН	---
.1961 г.“	^33
ВВЕДЕНИЕ В КУРС
ЗАЖИГАНИЯ
АВИАЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
7

ОНТН НКТП СССР
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ПО МАШИНОСТРОЕНИЮ И МЕТАЛЛООБРАБОТКЕ
ЛЕНИНГРАД 1034 МОСКВА
МА-50-«/6-3
Книга Ю. Е. Кедрина. Введение в курс зажи-
гания авиационных двигателей, изд. 3-е, пред-
ставляет собой написанное простым, ясным язы-
ком изложение основных сведений на электро-
техники в объеме, необходимом учащимся тех-
никумов для дальнейшей работы над курсом
зажнгавпя. Автор уделил особое внимание физи-
ческому смыслу процессов, протекающих в эле-
ктрических в магнитных цепях, что вместе с хоро-
шим иллюстрационным материалом делает руко-
водство особенно ценным и легко усваиваемым.
Госмашметиздат.
Выход и свет май 1934 г.
3-я тип. ОНТИ им. Бухарина. Ленинград, ул. Моисеенко, 10.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава I. Понятие об электрическом токе.
Стр.
1.	Вещество пли материя............................................. 9
2.	Свойство электронов............................................. 10
3.	Электрон—частица отрицательного электричества.................... —
4.	Положительное электричество ядра атомов..............•.......... 11
5.	Атом электрически нейтрален.....................................  —
6.	Электрические явления......................’..................... —
7.	Число электронов	в	атомах....................................... 12
8.	Электризация тел...............................................   —
9.	Электрический ток.................................•.............. —
10.	Генератор...................................................... 13
11.	Проводники и изоляторы......................................... 14
12.	Замкнутая цепь ................................................. —
13.	Передача энергии током........................................ 15
Глава II. Единицы электрических намерений. Формула Ома.
14.	Сила тока...................................................... 16
15.	Ампер.......................................................... 17
16.	Примеры применения токов разной силы.............-.............. —
17.	Сопротивление проводников. Ом................................... —
18.	Удельное сопротивление......................................... 19
19.	Формула Ома для измерения сопротивления	проводников............. —
20.	Зависимость сопротивления от температуры........................ —
21.	Разность уровней; напор воды. . . •............................ 20
22.	.Напор*, сообщаемый кулонам генератором........................ 21
23.	Потенциал....................................................... —
24.	Разность потенциалов. Напряжение............................... 22
25.	Вольт........................................................... —
Глава III. Закон Ома для цени.
26.	Падение напряжения в зависимости от сопротивления.............. 22
27.	Падение напряжения в зависимости от силы	тока	.	. •.......... 23
28.	Закон Ома для цепи............................................. 25
29.	Закон Ома для участка цепи..................................... 27
Глава IV. Мощность тока. Ракон Джоули-Леица.
30.	Передачи и преобразование энергии.............................. 28
31.	Мощность электрического тока............................... .	.	29
32.	Работа тока.................................................... 30
33.	Соотношение между ваттом, вольтом килограммометром............. 31
34.	Закон Джоуля и Ленца............................................ —
35.	Потеря мощности в цепях..........................•............. 32
36.	Лампочки накаливания.......................•....................33
37.	Реостаты и нагревательные	приборы...............................34
38.	Короткое замыкаине............................................  35
39.	Предохранители................................................. 36
Стр.
Глава V. Способы соединений приемников тока. Закин Кирхгофа
40.	Последовательное соединение.....................• ............. 36
41.	Общее сопротивление последовательной цепп...................... 37
42.	Сила тока в последовательной цепи...............,...........	. 38
43.	Падение напряжения в последовательной цепи...................... —
44.	Параллельное соединение........................................ 39
45.	Закон Кирхгофа................................................. 49
46.	Силы токов в параллельных ветвях...................•............ —
47.	Падение напряжения в параллельных ветвях....................... 42
48.	Сопротивление пучка параллельных ветвей. Первый случай......... 43
49.	Второй случай.................................................. 44
Глава VI. Магнптизм.
50.	Магнит и магнитная сила.....................................•	. 45
51.	Магнитные полюсы..............................................  46
52.	Магнитный спектр............................................... 47
53.	Силовые лизни и магнитное поле.................................. —
54.	Намагничейие через влияние..................................... 48
55.	Гипотеза элементарных магнитов............................	• .
56.	Насыщение.....................................................  49
Глава VII. Электромагнитизм.
57.	Преобразование электрической энергии в магнитную .......	. . 50
58.	Магнитное пиле вокруг линейного проводника...................... —
59.	О 1ределенне направления силовых линий. Правило буравчика..... 51
60.	Определение направления тока помощью компаса..........._........52
61.	Взаимодействие токов............................................ —
62.	Магнитное поле витка с током...........•	. . •...............  53
63.	Соленоид........................................................ —
64.	Правило правой руки...........................................  54
65.	Электромагнит................................................... —
66.	Сила магнитного поля..........................................   —
67.	Ампер-витки..................................................   56
68.	Остаточный магнитнзм...................•........................ —
69.	Гистерезис..................................................... 57
70.	Кривая намагничения............................................. —
71.	Понятие об амперметра.........................................  5в
72.	Градуировка амперметра......................................... 59
73.	Амперметр Вестона.............................................. 60
74.	Вольтметры...................................................... —
Глава VIII. Получение электрической энергии за счет химической.
Аккумуляторы.
75.	ЭДС контакта................................................... 61
76.	Ряд Вольты..................................................... 62
77.	ЭДС контакта между металлами и раствором соли.................. 63
78.	Электролиз.............................................-	• . . . 64
79.	Электрохимический эквивалент................'.................. 65
80.	Поляризация электродов......................................... 66
81.	Аккумуляторы................................................... е7
82.	Свинцовые аккумуляторы........................................  68
83.	Ареометр Бомь..................•..............................   —
84.	Таблица градусов Боме..................•........................ —
85.	Формование свинцовых пластин................................... 69
86.	Процесс разрядки аккумулятора.................................. 71
87.	Напряжение на зажимах при разрядке.............................. —
88.	Процесс зарядки аккумулятора................................... 73
89.	Напряжение па зажимах при зарядке............................... —
90.	Емкость аккумулятора............................................ —
91.	Способы соединения элементов. Последовательное соединение ..... 75
92.	Параллельное соединение элементов............................   76
4
Стр.
ЙЗ. Способы распознавания полюсов аккумулятора (генератора)......... 77
94.	Правила зарядки аккумулятора....................................  —
95.	Уход еа аккумуляторами........................................   79
г п в . IX. Получение электрической энергии за счет магпнтной и меха-
1 л ''	нической.
96	Электромагнитная индукция....................................... 79
97	Получение электрический энергии аа счет магнитной •	• • •....... 80
98.	Мгновенное значение ЭДС......................................... 81
99' Получение электрической эпергни аа счет механической............ 82
100.	Правило Максвелла ............................................. 83
101.	Принцип пересечения............................................. —
102.	Значение индуцируемой ЭДС при пересечении...................... 85
Глава X. Основы устройства и работа дииамомашпп.
ЮЗ. Составные части динамо. Коллектор............................... 87
104.	Изменение количества пересекаемых линий в единицу времени ..... 90
105.	Многополюсные машины..........................-................ 91
106.	Дииамомашины постоянного тока......................•........... 92
107.	Коллектор...................................................... 93
108.	Ротор и якорь.................................................. 97
109.	Кольцевой якорь................................................. —
110.	Параллельные ветви обмотки..................................... 98
111.	Число пластни коллектора.......................................100
112.	Кривая тока....................................................101
113.	Недостатки кольцевого якоря..................................... —
114.	Барабанный якорь...............................................102
115.	Магнитный поток в сердечнике якоря.............................. —
116.	Токи Фуко....................................................... —
117.	Обмбтка барабанного якоря......................................103
118.	Шаг обмотки....................................................104
119.	Четырех полюсный генератор.....................................105
120.	Типы обмоток..................................................   —
121.	Формулы для параллельной обмотки...............................106
122.	Последовательная или волновая обмотка.........•................107
123.	Электромагниты дннамомашии....................................108
124.	Обмотка возбуждения дннамомашины................................ —
125.	Дннамомашины с независимым вовбуждением........................109
126.	Динамомашвны с самовозбуждением................................. —
127.	Способы включения обмотки возбуждения.........................   —
128.	Три типа генераторов........................................... НО
129.	Шунтован динамомашина..........................................111
130.	Внутреннее падение напряжения генератора........................ —
131.	Напряжение на зажимах шунтового генератора...................... —
132.	Характеристика шунтовой динамомашниы............................ИЗ
133.	Регулирование напряжения шунтового генератора..................115
131. Реакция якоря .................................................. —
135.	Электродвигатели...............................................116
Глава XI. Трансформаторы.
136.	Типы трансформаторов..................•........................118
137.	П 'иятне „высокое напряжение"................................  119
138.	Работа трансформатора..........................................120
139.	Явление самоиндукции...........................................121
140.	Коэфпциент трансформации.........................................—
141.	Индукционная катушка.........................................  122
142.	Механический прерыватель.......................................124
143.	Потери от самоиндукции. Экстраток............................... —
144.	Конденсатор................................................... 125
145.	Электрическая емкость и емкость конденсатора . ................. —
146.	Самоиндукция при вЯыыкаинн прерывателя.........................127

ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ.
Уход за системами зажигания в современных легких двигателях вну-
треннего сгорания требует знакомства с основными сведениями по электро-
технике от лиц, работающих с авиационными, автомобильными н трактор-
ными двигателями.
Предлагаемый учебник, предназначенный для среднего и младшего
технического персонала, рассматривает главным образом постоянный
ток, сети которого при батарейном зажигании и освещении приносят
всегда больше хлопот, чем магнето.
В настоящее второе издание внесены лишь незначительные измене-
ния методического характера. Спешность переиздания не позволила
учесть все указания и пожелания, полученные составителем по первому
изданию.
10. Кедрин.
ПРЕДИСЛОВИЕ К ТРЕТЬЕМУ ИЗДАНИЮ.
Первые два издания труда 10. Е. КЕДРИНА, написанные по программе
школ ВВС, быстро разошедшиеся, показали высокое качество руковод-
ства, это подтверждается и тем, что книга одобрена ПКТП для его
учебных заведений.
Следует особо отметить, что покойный Юрий Евгениевич был прекрас-
ным преподавателем и свое умение ясно и просто излагать даже наиболее
трудно понимаемые отделы курса основ электротехники перенес в книгу,
которая благодаря эт му с ановится особенно ценным учебником для
учебных заведений, где электротехника не является специальной дисцип-
линой, и служит базой для проработки курса зажигания.
Настоящее третье издание курса Ю. Е. КЕДРИНА почти не отли-
чается от второго издания. Внесены лишь самые незначительные по-
правки, не меняющие общего характера труда.
Доцент Д'. Н. Иванов.
ГЛАВА I.
ПОНЯТИЕ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ТОКЕ.
§ 1.	Вещество или материя.
Весь видимый нами мир состоит из тел. О существовании тел мы
узнаем помощью наших органов чувств, преимущественно зрения и
осязания. То, из чего тела состоят, называется веществом или
материей.
Материя имеет, так сказать, „зернистое" строение. „Зерна1*, составля-
ющие материю, называются молекулами. Молекулой является мельчайшая
частица вещества; если молекулу разделить на части, то каждая часть ее
уже не будет представлять собой то вещество, которым была целая моле-
кула. В этом смысле часть самолета, например фюзеляж, не есть целый
самолет, а цилиндр не есть целый двигатель.
Но из итого не следует, что молекула вообще неделима. Молекула
состоит из еще более мелких частиц, называемых атомами. Количество
атомов в молекулах различно. В молекуле воды например три атома (два
атома водорода и один атом кислорода), в молекуле яичного белка около
1000 атомов и т. д.
Слово атом означает „неделимый". Раньше полагали, что атом раздро-
бить на более мелкие части невозможно, но в настоящее время ученые
пришли к заключению, что атом — частица составная, а следовательно и
делимая.
По современным воззрениям, атом состоит из ядра и носящихся во-
круг него „электронов". Каждый атом какого-нибудь вещества напоми-
нает собой картину нашей солнечной системы. Ядро атома можно срав-
нить с солнцем, а электроны—с вечно движущимися вокруг солнца пла-
нетами (фиг. 1). Так же, как планеты вокруг солнца, электроны носятся
вокруг ядра по определенным траекториям, называемым „орбитами".
Размеры отдельных электронов до того ничтожны, что в самые силь-
ные микроскопы электроны не могут быть видимы. Тем не менее
вычислены диаметр и масса электрона. Диаметр электрона около одной
пятитриллионной доли сантиметра (5.10~12 см). Электрон в 100000 раз
меньше атома. Если увеличить атом до размеров земного шара, то электрон
представится в виде резинового мячика. Масса электрона в 1840 раз
меньше массы атома самого легкого газа—водорода.
В достоверности етпх данных можно убедиться из того факта, что
многие ученые, работавшие над изучением атома и электрона, несмотря
на то, что пользовались различными способами исследования, пришли
к одним и тем же выводам и заключениям. Разница в вычислениях раз-
меров массы атома и электрона, произведенных разными учеными, до того
9
незначительна, что без сомнений должна быть объяснена погрешностью
наблюдений.
Все электроны различных атомов совершенно оди-
наковы как по весу, так и по размерам.
Фиг. 1. Солнечная система — аналогия структуры атома.
Фиг. 2. Сила отталкивания эле-
ктронов.
то получится сила отталкивания
Довольно несложными способами удается заставить электроны покидать
свои атомы. Если для электронов создать путь в безвоздушном простран-
стве (напргм р в стеклянной трубке, из которой выкачен воздух), то обра-
зуется стремительный поток электронов, так называемые „катодные лучи“.
Изучение этих лучей показало, что все
электроны одинаковы.
§ 2.	Свойство электронов.
Электроны — стремятся от-
толкнуться и удалиться друг
от друга. Силы, с которыми они
отталкиваются, сравнительно с разме-
рами электрона, очень велики. Если
миллионную часть килограмма трижды
последовательно разделить на миллион,
друг от друга двух электронов, выра-
женная в единицах веса. Если бы удалось собрать громадное количество
электронов и образовать из них два одинаковых шарика, весом по X г
и если, далее, шарики поместить друг от друга на расстоянии 1 см
(фиг. 2), то сила взаимного их отталкивания в тоннах выразится чи-
слом 32 с двадцатью пятью нулями (32-Ю-26) т.
§ 3.	Электрон—частица отрицательного электричества.
Силы отталкивания электронов являются электри-
ческими силами, и электрон представляет собой отрицательное эле-
10
ктричество в чистом виде, т. е. не связанное с массой в общепринятом
смысле этого слова.
Электрон можно назвать атомом отрицательного электричества или
.элементарным отрицательным электрическим зарядом“.
Меньшего заряда электричества, чем электрон в при-
роде не существует, во всяком случае заряда меньше электрона
до сих пор никому получить не удалось.
Если признать справедливым, что электроны отталкиваются друг от
друга, то, если бы не было силы, удерживающей электроны в атоме, они
должны бы были вылететь из его пределов. Такая сила в действительности
имеется; это—притяжение электронов ядром атома. Притягательная
сила ядра также является электрической силой. В отличие от электри-
ческой силы электрона (отрицательной), электрическую силу ядра атома
условились считать положительным электричеством.
§ 4.	Положительное электричество ядра атома.
Как показали опыты по исследованию ядра атома, последнее представляет
собой материю, несущую положительный ааряд. Окончательно еще не установлено,
как именно построено ядро, но можно уже утверждать, что в нем есть положи-
тельные электроны-позитроны,—нейтральные частицы—нейтроны—и отрицатель-
ные электроны.
Мы будем рассматривать ядро состоящим из материи, заряженной положи-
тельным электричеством, которое, взаимодействуя с электронами, удерживает их
на орбитах.	г	,
Частица материн, имеющая положнтель- /	'	\
ный заряд, равный электрону (по абсолютной	!	/©© Е \	'
величине), носит название протона.	r	I	©
На фиг. 3 показана схематически модель •	\©©©/	'
атома газа гелпя. Этот газ в четыре раза тя- \	-----/	I
желее водорода. На фиг. 3 знаком плюс (-|-)
обозначены протоны, знаком мииус (—)—	ф „ Модель атома гелия
электроны. В ядре протонов на два больше, - 3. д т
чем электронов. Раз заряд протона считается положительным и равен ааряду эле-
ктрона, то общий заряд ядра положителен и равен двум положительным зарядам.
Количество протонов в ядревсегда равно общему коли-
честву электронов в атоме. Отсюда следует, что величина варяда ядра
атома как раз равна сумме зарядов всех внешних электронов.
Так же, как два э щктрона, обладающие равными отрицательными зарядами,
отталкиваются друг от другд с равными силами, два протона, заряженные поло-
жительно, будут стараться оттолкнуться друг от друга.
Э л е кт р и ч е с к и е з ар я д ы о д н о го знака о тт а л к и в а ют ся д р у г
от друга, а заряды разных знаков — притягиваются.
§ 5.	Атом электрически нейтрален.
Электрические заряды ядра и электронов, т. е. заряды противополож-
ных знаков (положительный — ядра и отрицательный — всех электронов
атома) нейтрализуются, как бы уничтожая друг друга. Поэтому атом
в обычном своем состоянии, имеющий равные заряды двух противопо-
ложных электричеств, не наэлектризован, не обнаруживает электри-
ческих сил.
§ 6.	Электрические явления.
Число электронов во вселенной постоянно' и не ме-
няется. На основании этого можно сделать следующее заключение: так
как электрон есть атом отрицательного электричества, то электри-
чество не может быть ни со в дан о, ни уничтожено.
И
Количество электричества во вселенной постоянно.
Но в таком случае, чем обусловливаются электрические явления?
Электричество проявляет себя всегда тогда, когда
электроны покидают пределы своего атома. Действительно
некоторыми средствами электронам может быть сообщено дополнительное
движение помимо того, которое они совершают вокруг ядра атома. В этом
случае электрон отрывается от своего атома. Сорвавшись со своей орбиты
электрон может попасть в область какого-либо иного атома. Силой своего
отталкивания он сбивает с орбиты какой-нибудь новый электрон этого
атома, следствием чего явится вылет того из пределов атома. В свою
очередь этот второй электрон внесет расстройство в организацию третьего
атома, где снова уже третий электрон будет выбит со своей орбиты и т. д.
Выше приводились относительные размеры атома и электрона (земной
шар и резиновый мячик, § 1). Покинувший свой атом электрон не обяза-
зательно попадает в область ближайшего атома. Вследствие чрезвычайной
малости размеров электрона в сравнении с атомом, он может миновать
соседний атом и внедриться в более отдаленный. Перемещение электрона
из атома в атом по существу является перемещением электричества
в теле. Эти явления и называются электрическими.
§ 7.	Число электронов в атомах.
Атомы разных тел отличаются друг от друга количе-
ством электронов, нх орбитами и электрическим зарядом
ядра атома, т. е. числом протонов. Как известно, атомные веса различ-
ных тел (элементов) неодинаковы. Более тяжелые тела состоят из атомов, заклю-
чающих в себе большее число протонов и электронов, чем тела легкие. Атом во-
дорода имеет всего один протон и один электрон — это самый легкий газ. Кисло-
родный атом содержит в себе 10 протонов в 16 электронов. Самый тяжелый из
существующих элементов — уран состоит вз атомов, содержащих в себе каждый
238 протонов и 238 электронов.
Число электронов в атомах элементов равно нх атомным весам. Элементы —
водород, кислород н уран — имеют атомные веса, совпадающие с указанным ко-
личеством электронов в нх атомах, а именно 1, 16 и 238.
§ 8.	Электризация тел.
Одним из простейших способов выделения электронов из атомов
является натирание например стеклянной палочки куском шелковой ма-
терии.
Палочка при этом потеряет часть электронов, т. е. в ней обнару-
жится недостаток против нормального количества .электронов. Так как
электроны суть атомы отрицательного электричества, то отсутствие
в палочке некоторого числа их сделает ее уже не нейтральной (§ 5),
какой она была до трения, а наэлектризованной положительно и полу-
чившей способность притягивать к себе тела с нормальным числом эле-
ктронов или с избытком их. Действительно, натертая шелком (или кожей)
стеклянная палочка притягивает к себе легкие кусочки бумаги.
§ 9.	Электрический ток.
Случай простой электризации тел (т. е. потери части электронов или
избыток их в атомах) следует отличать от планомерного перемещения
электронов в до ль тел. Такое перемещение их, или ток электронов,
12
называется э лектричоским током. На фиг. 4 наглядно предста-
влено движение электрЬнов вдоль тела от А к В', на рис I тока нет, на
рис. II ток есть. Пунктирные кружки—атомы.
Условия для получения электрического тока состоят:
1)	В наличии пути, по которому могут итти электроны,—электрической
цепи.
I Проводник# Котором нет така
ППроводник, £котором течет ток
Фиг. 4. Модель тока.
2)	В наличии у каждого электрона запаса энергии, который позво-
ляет ему двигаться и совершать при этом работу.
Как мы увидим ниже, этот запас энергии каждой единицы количества
электричества носит название электрического потенциала.
Фнг. 5. Водяной насос играет роль генератора.
§ 10.	Генератор.
Генератором называется прибор, создающий при-
чину движения электронов, т. е. электродвижущую силу. Гене-
раторы (аккумуляторы,динамо-
машины и пр.) не создают за-
ново электричества, а только
заставляют электроны переме-
щаться в телах. Все тела,—
земля, окружающий ее воздух
и все, находящееся на земле,
следует рассматривать как гро-
мадный запас электричества
(электронов). Генераторы мо-
гут это эдектричество привести
в движение.
Роль генератора таким образом сводится в роли на-
пример водяного центробежного насоса, который имею-
щуюся воду подает по трубам (фиг. 5).
1S
§ 11.	Проводники и изоляторы.
Путь, предназначенный для движения электронов при электрическом
токе, должен состоять из определенного рода тел. Эти тела характерны
тем, что генераторы, к которым известным способом они присоединяются,
легко заставляют электроны их атомов начать движение. Подобного рода
тела называются проводниками. К ним относятся главным обра-
зом металлы и растворы солей и щелочей.
С другой стороны, тела вроде стекла, фарфора, резины называются
диэлектриками или изоляторами. В них электроны чрезвычайно трудно
отделимы от своих атомов. Такие тела для получения в них электричес-
кого тока не применяются.
К генератору присоединяются проводники, поперечные размеры кото-
рых во много раз меньше их длины. Такие проводники называются про-
водами. Обыкновенно провода по всей своей длине покрываются нитя-
ной оплеткой или вставляются в резиновые трубки, т. е., как говорят,
провод изолируется. Изоляция проводов предупреждает утечку электронов
при соприкосновении жилы провода с проводниками или полупроводни-
ками (камень, влажное дерево, сырой воздух), не являющимися тем путем,
по которому хотят заставить двигаться электроны.
§ 12.	Замкнутая цепь.
Работающий генератор создает движение в проводниках только в том
случае, когда проводники вместе с генератором образуют замкнутую
цепь. Замкнутой цепью называется ряд соединенных друг с другом про-
водников, т. е. ряд, не
заключающий в себе
изоляторов. Оба кон-
ца такого непрерывно-
го ряда проводников
должны быть присоеди-
нены к двум опреде-
Электр
Проеадник
Инешняа цепь
Фнг. 6. Гидравлическая аналогия.
внешнюю цепь, составленную из проводов и
работает генератор.
Точки генератора, к которым присоединяется
ленным точкам гене-
ратора.
Замкнутая цепь
подразделяется на
внутреннюю цепь,
состоящую из провод-
ников внутри само-
го генератора, и на
приборов, на которые
внешняя цепь, называ-
ются зажимами или клеммами (иногда эти же точки называются
полюсами). Один зажим обозначается знаком плюс (-}-) и называется
.зажим плюс", или положительный зажим. Второй зажим обозначается
знаком минус (—) и называется „зажим минус", или отрицательный зажим.
Работающий генератор беспрерывно посылает электроны через один
из зажимов во внешнюю цепь; наряду с этим через второй зажим из внеш-
ней цепи будет пополняться недостача электронов в генераторе. Для
определенности, но совершенно условно, считают направление тока во
14
внешней цепи от зажима плюс (-}-) генератора к зажиму минус (—), в дей-
ствительности же в цепи электроны текут от минуса к плюсу. Впрочем
легко убедиться, что условное направление движения положительного
электричества от плюса к минусу равноценно движению отрицательного
электричества от минуса к плюсу.
Итак для осуществления электрического тока необходимы: 1) генера-
тор и 2) замкнутая цепь.
На фиг. С показан насос с присоединенными к нему трубами, а внизу—
электрическая цепь с генератором. Кран на трубе соответствует выклю-
чателю (рубильнику) электрической цепи. Если кран открыть, то водяная
цепь (гидравлическая цепь) может считаться замкнутой цепью.
Замкнутый рубильник электрической цепи создает замкнутую электри-
ческую цепь. Закрытый край играет роль как бы изоля-
тора совершенно так же, как воздух в разомкнутом рубильнике
является изолятором.
§ 13.	Передача энергии током.
Электрическим током пользуются для передачи энергии на расстояние.
Подобно тому, как падающая на лопасти мельничного колеса вода при-
водит колесо в движение, т. е. происходит преобразование потенциальной
энергии столба воды в механическую энергию на валу колеса, так электри-
ческая энергия тока преобразуется в механическую, тепловую, световую
и т. п. энергии, в зависимости от того, какой прибор стоит на пути дви-
жения электронов.
Фнг. 7. Передача энергии помощью воды.
Па фиг. 7 представлена передача энергии помощью воды. Энергия,
развиваемая двигателем, передается центробежному насосу. Насос гонит
воду по трубе и заставляет напором воды на лопасти вращаться колесо
водяного двигателя. Последний помощью ременной передачи вращает
шкив. На фиг. 8 электрический генератор или динамомашина заменяет
MJUSUU
Фиг. 8. Передача энергии по электрическим проводам.
собой центробежный насос гидравлической схемы. Медный провод играет
роль водопроводной трубы, а электрический двигатель (электромотор) за-
нимает место водяного двигателя. На этом рисунке электричество, за-
меняющее воду, служит для передачи энергии на расстоянии. По идее
системы, изображенные на обеих фигурах, ничем не отличаются друг
от друга.
15
ГЛАВА II.
ЕДИНИЦЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ. ФОРМУЛА ОМА.
§ 14.	Сила тока.
Представим себе разрез пятиэтажного дома с водопроводными трубами,
проведенными во все этажи (фиг. 9). Если подставить под кран первого
и пятого этажа по ведру и заметить по часам, во сколько времени на-
полняется водой каждое ведро, то легко убедиться, что ведро под краном
первого этажа наполнится скорее, чем под краном пятого этажа.
Положим, что пижний кран заполняет в минуту пять ведер, а верхний
за тот же срок—всего
Фиг. 9. Сила тока воды в нижних
этажах больше, чем в верхних.
одно ведро. Количество воды, вытекающей из ниж-
него крана в минуту (в единицу времени), будет
в пять раз больше количества воды, вытекающей
из верхнего крана, или — ток воды из ниж-
него крана в пять раз сильнее, чем из
верхнего.
Это заключение выводится из числа ведер,
наполняемых кранами в единицу времени. Чем
больше воды будет вытекать через кран (или
через любое поперечное сечение трубы) в еди-
ницу времени, тем больше будет считаться сила
тока воды. Подобно тому, как можно сравнить
между собой токи воды по числу ведер, проте-
кающих через поперечное сечение трубы в еди- ,
ницу времени, сравнивают между собой электри-
ческие токи. В этом случае за единицу времени
берется
секунда; по числу электронов, протекаю-
щих через любое поперечное сечение
проводника в секунду, можно судить о
силе электрического тока.
В примере с водой измерение коли-
чества вытекающей из крана воды про-
изводилось ведрами, а не каплями. Так
как электроны — ничтожно маленькие
частички электричества, то отсчитывать
ими количество протекающего электри-
чества было бы столь же затруднительно, как каплями считать количество
протекшей воды. Из этих соображений количество электричества изме-
ряется не сотнями и не тысячами электронов, а числом кулонов. Кулон
содержит 6,28-1018 электронов.
Если через поперечное сечение проводника одной какой-нибудь цепи
проходит в 1 сек. 5 кулонов, а через поперечное сечение проводника
другой цепи проходят в 1 сек. 10 кулонов, то говорят, что сила тока
во второй цепи больше, чем в первой; в первой цепи сила
тока равна 5 кулонам в 1 сек., а во второй цепи —10 кулонам в 1 сек.
Силой электрического тока называется число ку-
лонов, проходящих через попер ечное сечение провод-
н и к а в 1 сек.
Сила электрического тока обозначается латинской буквой i или I.
- 16
F •
§ 15. Ампер.
Если чбрез поперечное сечение проводника проходит 1 кулон в 1 сек.,
то такой ток принимается силой в 1 ампер (§ 70). Ампер выбран за
единицу измерения силы электрического тока. Эта еди-
ница принята для сравнения между собой токов разной силы.
Необходимо иметь в виду, что число ампер указывает число куло-
нов в 1 сек., прошедших через поперечное сечение проводника. Если
будет известно, что через поперечное сечение проводника прошло 10 ку-
лонов за 5 сек., то, для того чтобы узнать силу тока в этом проводнике
в амперах, нужно вычислить, сколько кулонов прошло в 1 сек; очевидно,
что в 1 сек. прошло кулонов в 5 раз меньше, т. е. 2 кулона в 1 сек.
Сила такого тока равна 2 амперам.
„Число кулонов" часто заменяют выражением количество элек-
тричества. Таким образом, если обозначить количество электричества
через q, а время, в течение которого кулоны движутся по проводнику,—
через t, то зависимость между силой тока, количеством электричества и
временем можно выразить так:
i— j (ампер),
или
q-—i-t (кулонов).
Примеры: какова сила тока в амперах, если по проводнику про-
ходят: 1) 5 кулонов в 1 сек.? 2) 6 кулонов в ’/г сек.?
Сколько кулонов пройдет через поперечное сечение проводника при
силе тока: 1) 5 ампер? 2) 10 ампер? 3) 2 ампера за 10 сек.? 4) 1IS ампера
за 2 сек.?
Амперы обозначаются большой буквой А. Например силу тока в
2 ампера можно обозначить так: i = 2А или I ~ 2А.
Сила тока в цепях измеряется специальными приборами. Устройство
амперметров описано в § 71.
§ 16.	Примеры применения токов разной силы.
Токи силой в 1А и даже в долях ампера питают обыкновенные эле-
ктрические лампочки, служащие для комнатного освещения.
100 А приблизительно имеет ток, приводящий в движение вагон электриче-
ского трамвая. Ток в 0,001А называют миллиампером. Токами малой силы
пользуются в медицине, радиотехнике и пр.
§ 17.	Сопротивление проводников. Ом.
Течение воды по трубе сопровождается трением, причем чем длиннее
и уже труба, тем трение больше. Трение уменьшает количество протекаю-
щей по трубе воды.
Нечто подобное происходит при движении электронов по проводу.
Электроны производят как бы „трение" об атомы, из которых состоит
проводник, что затрудняет их движение и является причиной нагревания
проводника и даже накаливания его. На этом основании между прочим
работают электрические лампочки. Это свойство проводников
носит название — сопротивление проводников.
Чрезвычайно важно установить единицу для измерения сопротивления
2 ю. В. Квдри»-	17
проводников, при помощи которой можно было бы сравнивать проводники
между собой.
За такую единицу сопротивления проводников принят о м. Сопротивле-
ние в 1 ом имеет ртутный столбик длиной в 106,28 см, при поперечном
сечении в 1 мм2 и при 0° Ц. Каждый проводник, который будет препят-
ствовать движению по нему кулонов в такой же мере, как и ртутный
столбик указанных размеров будет иметь сопротнвлевие в один о м. Провод-
ники из разных материалов имеют и разные величины сопротивлений. Наи-
меньшим сопротивлением обладают проводники, изготовленные из серебра
и меди. Для того чтобы ярче выявить характер каждого металла в отно-
шении сопротивления его электрическому току, удобно взять проводники
из разного материала, но одинаковой длины и одного и того же попереч-
ного сечения. Если взять железный и медный проводники каждый длиной
в 1 м и в 1 мм2 площадью поперечного сечения и сравнить их сопро-
тивления с ртутным столбиком указанных размеров (106,3 см), сопротив-
ление которого принято за единицу (1 ом), то окажется, что железный
метр имеет сопротивление в */10 ома, а медный в Vs? ома. Медный
проводник лучше проводит электрический ток чем
железный.
Из опыта получено, что если взять проводники из тех же материалов,
но длиной по 2 м каждый, то сопротивления такой длины проводников
окажутся в два раза больше, т. е. соответственно 2/1# и 2/57 ома. Если
проводники будут иметь по 3 м длины, то сопротивление их будет: желез-
ного—®/ю» а медного—3/57 ома и т. д. Замечается строгая пропорциональ-
ность или прямая зависимость сопротивления от длины проводника. Же-
лезный проводник имеет сопротивление в 1 ом при длине его в 10 м,
а медный — при длине в 57 м, если оба проводника имеют площадь по-
перечного сечения в 1 мм2.
Если измерить сопротивление 1 м медного проводника с поперечным
сечением в 2 мм2, то оно окажется уже не 1/57, а в два раза меньше,
т. е. 1/57:2 = V114 ома. То же относительно всякого проводника из иного,
чем медь, материала. Следовательно в отношении толщины проводника
имеется обратная зависимость: чем толще проводник, тем сопротивление
ого меньше.
Полную аналогию можно провести в примере с водой: при течении
воды по короткой трубе, трение ее о стенки будет меньше, чем в длин-
ной; наоборот при сужении трубы трение возрастает. Также опытными
измерениями установлено, что с уменьшением длины проводника сопро-
тивление его уменьшается, а с уменьшением площади поперечного сече-
ния, сопротивление увеличивается и обратно.
Зная длину и площадь поперечного сечения проводника, можно вы-
числить сопротивление всего проводника, если известен его материал.
Если обозначить величину сопротивления какого-либо проводника
латинской буквой Н, длину проводника, выраженную в метрах, — буквой I
и площадь поперечного сечения в квадратных миллиметрах — буквой S,
то формулу для измерения сопротивления медного проводника можно на-
писать:
в=й-4о")-
а (формулу для измерения сопротивления железного проводника:
В = /6-4(ом).
18
в этих формулах дроби */ю и ‘/st выражают в омах сопротивление
железного и медного проводников при сечении их в 1 мм2 и носят
название удельных сопротивлений.
§ 18.	Удельное сопротивление.
Следовательно удельным сопротивлением называется со-
противление проводника из данного материала длиной
в 1 .м при сечении в 1 мм2. Величина удельного сопротив-
ления зависит только от материала проводника.
Обозначив удельное сопротивление через р, формулу для измерения
сопротивления проводников можно написать так:
В = Р S (ом),
где I подставляют в метрах, S в кв. миллиметрах, р в омах.
§ 19.	Формула Ома для нзмерення сопротивления проводников.
Эта формула называется формулой Ома для измерения сопротивления
проводников. Словами ее прочитать можно так: сопротивление В
проводника пропорционально его длине I (в метрах),
обратно пропорционально площади его поперечного
сечения S (в миллиметрах) и зависит от удельного сопро-
тивления р (т. е. от материала, из которого изготовлен проводник).
Если даны: длина проводника (I), площадь его сечения (S) и известен
материал проводника, то легко узнать его сопротивление. Например: I —
= 456 м, 8 — 2 мм2-, проводник медный. Каково сопротивление (/?) про-
водника?
Удельное сопротивление меди р = Ve? 2 (величины удельных сопротив-
лений берутся из справочных таблиц). Все известные величины вставляем
в формулу вместо соответствующих букв:
^ = Р^ = ,/57--Г = -йТ = у = 4 ома,
т. е. сопротивление провода указанных размеров равно 4 омам.
Чтобы узнать, какого сечения (8) должен быть провод по известным
сопротивлению (В), материалу проводника (р) и длине его (Z), пользуются
той же формулой, видоизмененной так:
8 = р-^- мм2,
а чтобы узнать длину провода I, по известным В, р, 8:
1-S'R м
1/ —	Jfv»
р
Величина, обратная сопротивлению ), называется
мостью данного проводника.
проводи-
§ 20.	Зависимость сопротивления от температуры.
Сопротивление большинства проводников увеличивается с повышением темпе-
ратуры. Однако есть вещества (например уголь), уменьшающие сопротивление
с повышением температуры. Для точных вычислении сопротивлений это обстоя-
19
тельство должно быть учтено. Табличные данные удельных сопротивлений раз-
личных материалов отнесены обычно к 15 — 18°. Сопротивление проводника (г,)
при более высокой температуре I определяется по формуле:
где г — сопротивление проводника при температуре t»(15—18е), вычисленное по
формуле Ома; а — температурный коэфнцнент, значения которого для равличиых
проводников следующие:
М.еДь........f.OOl	Нейзильбер	.... 0,00036
Железо .... 0,0048	Никелин.........0,00028
Серебро . . . 0,0037	МангаинН...... 0,000015
§ 21.	Разность уровней; напор воды.
Для того чтобы вода текла по трубам, соединяющим например два
сосуда А и В (фиг. 10), необходимо, чтобы поверхности жидкостей в этих
двух сосудах были не на одном уровне. Другими словами, ток воды дол-
жен поддерживаться разностью уровней.
Фиг. 10. Разность уровней Или Вапор воды.
Для тех же целей, т. е. для тока воды по трубам, может быть, как из-
вестно, применен насос (фиг. 11). Насос создает напор воды, который мо-
жет быть измерен давлением струи воды на единицу площади пластинки,
помещенной перпендикулярно струе воды.
Фиг. 11. Насос создает напор воды.
По существу между разностью уровней и напором, создаваемым на-
сосом, различий нет. Обе эти причины обусловливают течение воды по
трубам. На фиг. 9 показана вертикальная труба, по которой вода по-
дается вверх. Если измерить давления (напор) струй воды, вытекающей
из каждого крана трубы, то окажется, что напоры на разных высотах
будут различны, причем будут уменьшаться с увеличением высоты. Раз-
ница между величинами напоров будет тем больше, чем дальше друг от
20
J>L.
Падение потенциала
Центробежн. насос
Гидравлическ. цепь
G
га будут взяты места измерений. На что же расходуется часть напора
можду местами измерений?
Напор расходуется иа работу подъема воды, т. е. на преодоление
тяЖести (веса) столба воды и трения ее о стенки трубы.
СИ Работа будет тем больше, чем бол. шее количество во ты должно быть
поднято, чем больше сила трения и чем больше высота подъема воды.
То же самое и в случае
горизонтального располо-
жения трубы. Таким об-
разом для создания тока
воды необходимо, чтобы
насос создавал напор.
На фиг. 12 показаны
контрольные трубки А,
В, С гидравлической це-
пи. Разная высота стол-
бов воды в трубках
объясняется разными на-
порами под каждой вер-
тикальной трубкой. Раз-
Jic.*-.
Л
иость уровней воды двух	Фит. 12. Падение водяного напора,
трубок дает величину по-
тери напора между ними. Напор уменьшается вдоль горизонтальной
трубы, как говорят, происходит падение напора от А к G.
В примере пятиэтажного дома (фиг. 9) кран первого этажа давал
в единицу времени больше воды, чем кран пятого этажа. Это и объя-
сняется тем, что напор иа уровне крана первого этажа больше, чем на
уровне пятого этажа. Вода, поднимаясь по трубе в пятый этаж, под влия-
нием трения о стеики трубы в силы тяжести столба воды теряет часть
своего напора.
§ 22.	„Напор", сообщаемый кулонам генератором.
Для возникновения электрического тойа, т. е. для сообщения кулоиам
энергии движения, в цепи должен быть, как указывалось выше, гене-
ратор; подобно насосу он сообщает своего рода напор кулонам. Кулоны,
снабженные запасом энергии, устремляются во внешнюю цепь.
Далее совершенно так же, как уменьшается напор струи воды по
мере удаления от насоса, уменьшается и запас энергии у кулона по мере
д	, удаления его от зажима генератора. Если сравнить за-
/ 	<	пасы энергии кулона в разных точках цепи, они ока-
X	| жутся различны.
А ,	<	§ 23. Потенциал.
Запас виергии движущегося кулона в
любой точке цепи характеризуется по-
тенциалом данной точки.
Фиг. 18. Падение
потенциала вдоль
цепи.
Предположим, что кулон вышел из генератора
(фиг. 13), где он получил энергию для движения. Его потенциал в точке А
(запас его энергии в точке А) от первоначального потенциала будет отли-
чаться на очень небольшую величину, так как точка А цепи лежит
21
вблизи генератора. По мере удаления кулона от генератора потенциал
его будет уменьшаться, как говорят, потенциал падает: в точке В
он будет меньше, чем в точке А, в точке С еще меньше и т. д.
§ 24.	Разность потенциалов. Напряжение.
Если мы вычтем потенциал точки С из потенциала точки В, то по-
лучим некоторую величину, называемую разностью потенциалов
(разность напоров воды в трубе или разность уровней). Эта величина
численно совпадает с расходуемой каждым кулоном энергией или произ-
веденной им работой на участке цепи между точками В и С. Чем дальше
ро цепи будут отстоять точки друг от друга, том больше разность потен-
циалов мы получим. Наибольшая в данной цепи разность потенциалов
будет между точками выхода кулона из генератора и возвращения его
в генератор, т. е. наибольшая разность потенциалов будет
между зажимами генератора.
Разность потенциалов иначе называется напряжением.
Разность потенциалов или напряжение между зажимами генератора
показывает, какое количество энергии затрачено или ка-
кое количество работы произведено каждым кулоном
во всей внешней цепи. Но кроме внешней цепи (зажим генера-
тора— внешняя цепь — другой зажим генератора) кулону предстоит пройти
еще.какой-то путь внутри генератора; этот путь также потребует какую-то
часть энергии кулона. Отсюда следует, что кулону в генераторе должна
быть сообщена такая энергия, которая была бы достаточна на преодо-
ление сопротивления как внешней, так и внутренней цепи — внутри са-
мого генератора. Эта полная энергия, сообщаемая кулоиу генератором,
будет больше истраченной кулоном только во внешней цепи и называется
электродвижущей силой генератора, сокращенно э. д. с.
Измерение напряжения производится некоторым количеством энергии
или работы. За единицу напряжения принимается такое количество энергии,
которое расходуется при движении одного кулона в секунду в проводнике
с сопротивлением в 1 ом.
Эта единица напряжения названа вольтом.
§ 25.	Б ольт.
Расход энергии кулоном принято называть падением напряжения.
„Кулоном в секунду" является сила тока в 1 А; таким обра-
аом 1 V есть падение напряжения при силе тока IA в про-
воднике с сопротивлением в 1 2.
1 вольт равен работе в один джоуль (0,102 кгм), отнесенной в кулону
IV = 0,102
кул.
ГЛАВА III.
ЗАКОН ОМА ДЛЯ ЦЕПИ.
§ 26.	Падение напряжения в зависиностп от сопротивления.
Если вспомнить, что под сопротивлением проводника понимается спо-
собность его препятствовать движению кулонов, то чем больше будет
сопротивление проводника, т. е. чем длинее проводник, чем он тоньше и
22
б тыле удельное сопротивление (р) проводника, тем больший запас
Ч°М ° и должен быть израсходован кулоном на покрытие всего пути. Опыт-
8Н0РгЯ0дмерСНИЯМИ установлено, что если через поперечное сечение про-
нЫМИ1Ка проходит 1 кулон в 1 сек., причем сопротивление проводника
воД1” 2 омам, падение напряжения у кулона будет в 2 раза больше, чем
РаВрОБоднике с сопротивлением в 1 ом. В этом случае падение напряже-
® П будет 2 V. Если взять проводник с еще большим сопротивлением на-
нИдМер в 3 ома, то и падение напряжения составит 3 V. Во сколько раз
противление проводника больше 1 ома, во столько раз больше вольт
стеатит в цепи кулон (во столько раз больше будет падение напряже-
пзщ выраженное в вольтах).
Расходуемый кулоном в цепи запас энергии получается им в генера-
торе. Генераторы обычно снабжают кулоны вполне определенным запасом
энергии, т. е. э.д.с. генератора, вообще говоря, есть величина постоянная,
зависящая только от свойства данного генератора и не меняющаяся в боль-
ших пределах.
Падение напряжения во всей цепи (внешняя цепь плюс внутренняя
цепь) всегда в точности равно э.д.с. генератора. Никогда не может быть
случая, чтобы кулону „нехватило энергии" пройти всю цепь или чтобы
при возвращении в генератор у кулона оказался избыток энергии, не из-
расходованный в цепи. Последний случай противоречит прннципу сохра-
нения энергии, и конечно наблюдаем быть не может.
К зажимам какого-нибудь данного генератора может быть присоеди-
нено множество разных внешних цепей. Сопротивления этих цепей могут
иметь различные значения. Внешние цепи одного и того же генератора
могут иметь сопротивления и в Ч2, в 10, в 1000 омов и т. д. Если
падение напряжения в цепи данного генератора всегда равно э.д.с. гене-
ратора, то чем объясняется, что в цепях с различными сопротивлениями,
присоединенных к одному и тому же генератору, происходит всегда одно
и то же падение напряжения?
На самом деле к генератору, с э.д.с. силой например в 100 V может
быть присоединена цепь в 1 ом, но может быть включением в ту же цепь
добавочных проводников сопротивление увеличено например до 100 омов.
В обоих случаях падение напряжения окажется как раз равным той
э.д.с., которую развивает генератор, т. е. 100 V.
Но как может получиться, что на пути, в 100 раз более трудном,
трата энергии будет та же, что на пути легком?
§ 27.	Падение напряжения в зависимости от силы тока.
Ответом на эти вопросы является чрезвычайно важное обстоятельство,
заключающееся в следующем: падение напряжения в цепи за-
висит не только о т с опр о тпв л е н и я цепи, но и от коли-
чества одновременно движущихся по ней кулонов.
Каждый кулон (или электрон) истратит энергии больше, если наряду
с преодолением препятствий самого пути ему нужно будет „проталки-
ваться" среди идущих вместе с ним соседей. По узкому коридору итти
тем труднее, чем больше народа движется по нему. Чем больше эле-
ктронов движется по цепи, тем меньше выбора у каждого из них для об-
хода препятствий в виде атомов проводника, тем больше трата энергии
каждым электроном, а следовательно и всем кулоном.
Но количество движущихся через какое-либо поперечное сечение
23
цепи кулонов в единицу времени определяет силу тока. Таким образом
чем больше сила тока в цепи, тем больше расход энергии у кулона
т. е. тем больше падение напряжения.
Наоборот, если по цепи идет один кулон или небольшое количестве
кулонов, то они свободно выбирают себе путь, ни одному из них не
мешают двигаться соседи.
Если трата энергии кулоном происходит в двух направления
именно: на преодоление сопротивления цепи и на устранение „помех®
со стороны движущихся вместе с ним других кулонов, причем общее
количество истраченной каждым кулоном энергии всегда одно и то же
для любой цепи данного генератора, то можно сделать вывод: чем
больше сопротивление цепи, тем меньше кулонов посылает в цепь ге-
нератор.
Как только кулоны получают энергию для движения и как только
выясняется, что они могут тронуться в путь, так как нигде в пути им
не встретится изолятор, сейчас же генератором устанавливается норма,
в каком количестве итти кулонам, с тем расчетом, чтобы отпущенная
каждому из них энергия полностью была израсходована в цепи.
Если путь труден сам по себе (цепь с большим сопротивлением), кулоны
выходят из генератора в малом количестве; если сопротивление цепи не-
значительно, они движутся в большем количестве.
Если бы в движение пришло кулонов больше, чем следует, то каж-
дому кулону могло бы нехватить полученного в генераторе запаса энер-
гии па весь путь. В этом случае кулоны принуждены были бы остано-
виться, т. е. ток прекратился бы. Если бы кулонов пошло слишком мало,
то итти им было бы очень свободно, и каждый из них дошел бы до
другого зажима генератора, имея избыток энергии. Выше указывалось,
что эти случаи невозможны, как противоречащие принципу сохране-
ния энергии.
Итак падение напряжения во всей цепи генератора
вависит от сопротивления цепи и силы тока в ней и
равно ЭДС генератора.
Единицы напряжения (разности потенциалов или ЭДС), силы тока и
сопротивления проводников выбраны такими, что в проводнике с со-
противлением в 1 ом при силе тока в 1 А, падение напряжения соста-
24
1 V. Опытные измерения указывают, что при той же силе тока
\ А, ' в проводнике с сопротивлением в 2 ома падение напряжения
епи’будет уже 2 V. То же падение напряжения в 2 V наблюдается
товоднике с сопротивлением в 1 ом, но при силе тока в 2 А. Если
;а тока в 2 А поддерживается в проводнике с сопротивлением в 2 ома,
падение напряжения составит ужо 4 V, а при силе тока в 3 А в про-
ока-
вит
в
в
В п
сила
то падипии	----j—« - •, —
воднике с тем же сопротивлением в 2 ома падение напряжения
асется 6 V.
Из сопоставления приведенных величин бросается в глаза, что если
между силой тока и сопротивлением поставить знак умножения, то про-
изведение будет равно падению напряжения:
‘ 1 А-1 2 = 1 V
1 А-2 2 = 2 V
2 А-1 2 = 2 V
2 А-2 2 = 4 V
3 А-2 2 = 6 V и т. д.
Это наблюдение, а также и рассуждения о трате кулоном энергии
в двух направлениях, можно применить к выяснению например такого
вопроса: каково будет падение напряжения в цепи с сопротивлением
в 5 омов при силе тока в ней в 10 А? Известно, что в цепи с сопротив-
лением в 1 ом при силе тока в 1 А кулон потратит 1 V. В нашем при-
мере цепь имеет сопротивление в 5 омов, в силу чего кулон потратил бы
в пять раз больше, т. е. 5 V, если бы ему не мешали остальные ку-
лоны, вместе с ним идущие по цепп, т. е. если бы сила тока была
1 А. Но в цепи поддерживается сила тока не в 1, а в 10 А, откуда
можно заключить, что каждому кулону двигаться по проводнику в 10 раз
труднее, т. е. он должен потратить уже не 5 V, а 5-10 = 50 V.
Падение напряжения в нашем примере будет 50 V. II в этом случае
задача может быть решена простым умножением числа омов на число
ампер:
5 2-10 А = 50 V.
Такое падение напряжения будет в цепи генератора, развивающего
50 V, или на участке цепи любого другого генератора с большей
ЭДС (§ 29).
§ 28.	Закон Ома для цепп.
Если падение напряжения, выраженное в вольтах, обозначить
буквой Е (нли е), а силу тока и сопротивление, по старому,
буквами / и R, то можно написать формулу, с помощью которой легко
вычислить падение напряжения в любой цепи, при любой существующей
в ней силе тока:
Е = 1'В вольт.
Это и есть формула закона Ома для цепи. Она гласит так: „Наде-
ление напряжения пропорционально произведению силы
тока на сопротнвление“.
Еслп формулу Ома переписать так: 1=ампер, то ею удобно поль-
зоваться для вычисления силы тока, если известны Е (разность потен-
циалов между двумя точками цепи или напряжение) и R, т. е. сопро-
тивление цепи.
2i
В таком виде формула словами читается так: „сила тока в цепи
пропорциональна напряжению и обратно пропорцио-
нальна сопротивлению". Это значит, что чем больше напряжение
и меньше сопротивление, тем сила тока в цепи больше.
Заключение это следует из соображений, приведенных выше. Дей-
ствительно, чем большей энергией наделяет генератор кулоны, тем больше
они и израсходуют в цепи, причем кулоны должны израсходовать энер-
гию полностью. Как ранее указывалось, трата кулоном энергии происхо-
дит в двух направлениях: на преодоление сопротивления цепи (так назы-
ваемое омическое сопротивление R) и на „проталкивание" среди кулонов-
попутчиков-(сила тока /).
В двух цепях с одинаковым сопротивлением В, присоединенных к двум
генераторам, развивающим один например 200 V и другой 100 V, трата
кулонами энергии только на преодоление сопротивления цепи будет
"очевидно одинаковая, но так как в цепи первого генератора падение
напряжения должно быть равно 200 V, а в цепи второго — всего лишь
100 V, то у кулонов в цепи первого генератора окажется избыток энер-
гии. Этот избыток используется на увеличение силы тока, для чего гене-
ратор пошлет в цепь соответствеиио больше кулонов, чем второй гене-
ратор. Сила тока в цепи первого генератора будет в 2 раза больше,
чем в цепи второго генератора (так как напряжение первого генератора
в 2 раза больше напряжения второго).
Если например сопротивление R каждой из двух цепей—10 2, то
силу тока в цепях можно вычислить по приведенной формуле. Для цепи
первого генератора, развивающего напряжение 1^ = 200 V:
7 __	— 200 - 90 д
71 — R “ 10 “ 20 А-
Для цепи второго генератора при напряжении его _Е9=100 V вели-
чину силы тока получим:
т —	Ю А
12 ~ R ю ~ А’
Сила тока первого генератора в 2 раза больше, чем в цепи второго
генератора. Иными словами силы токов пропорциональны напряжениям.
Тот же результат получится, если подобрать цепи для двух генера-
торов, развивающих одинаковое напряжение, например Е=100 V, таким
образом, чтобы их сопротивления относились друг к другу как 1 :2.
Пусть сопротивление цепи первого генератора будет 5 омов, а цепи
второго генератора —10 омов. Напряжение в цепях обоих генераторов—
одинаково, именно 100 V. Раз сопротивления цепей неодинаковы, то для
того, чтобы каждый кулон смог полностью израсходовать в цепи получен-
ную нм в генераторе энергию, силы токов в цепях должны быть разные.
В цепи с меньшим сопротивлением сила тока будет больше, чем в цепи
с большим сопротивлением. Подставляя численные значения в формулу
закона Ома, получим значения силы токов для двух цепей:
А
h
Rl 5	Л‘
Уьд Ю
т. е. силы токов обратно пропорциональны сопротивлениям цепей,
26
Если известны напряжения Е и установившаяся в цепи сила тока I,
по этим величинам можно вычислить сопротивление R—цепи.
Т° В этом случав формула
ком виде:
закона Ома может быть представлена в та-
Е
а=-у омов,
т е. сопротивление цепп с установившейся в ней силой тока равно
напряжению, деленному на силу тока.
Все виды формулы закона Ома для цепи можно свести в табличку:
ЗАКОН ОМА ДЛЯ ЦЕПИ
Падение напряжения = сила тока X сопротивление.
E = I-R
Вольты = амперы X омы
Сила тока = падение напряжения: сопротивление.
Е
R
.	вольты
Амперы
падение напряжения
Сопротивление =-------сиаа той
вольты
Омы виперы
§ 29.	Закон Ома для участка цепп.
Закон Ома применим не только ко всей цепи (внешняя цепь плюс
внутренняя цепь самого генератора), но и к отдельным частям этой
цепи. В этом случае закон Ома может быть формулирован так: „Паде-
ние напряжения вдоль любой части цепи равно произве-
дению силы тока, установившейся в этой части, иа со-
противление только этой части цепи“.
Также и для вычисления силы тока на каком-нибудь участке цепи,
представляющем собой часть всей цепи, нужно падение напряжения на
этом участке разделить на сопротивление только этого участка.
Применение закона Ома к участкам цепи практически встречается
чаще всего. К этим случаям относятся например определение падения
напряжения в электрической лампочке или реостате, по дайным силе
тока в них и их сопротивлению, или определение силы тока например
в индукционной катушке или в частях динамомашины по известным
напряжению и сопротивлению их.
27
ГЛАВА IV.
МОЩНОСТЬ ТОКА. ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА.
§ 30.	Передачи и преобразование энергии.
Как известно, энергией называется способность производить работу.
Энергия проявляется в виде механической работы, в виде тепла, хими-
ческих реакции, магнитных и электрических явлений, как лучистая энер-
гия и пр.
Независимо от разделения на виды различают энергию двух родов:
кинетическую и потенциальную. Кинетической энергией обладает всякое
тело в движении. Теплота, представляющая собой энергию движения
молекул тела и электрический ток, т. е. движение электронов, относится
таким образом к энергии кинетической.
Потенциальной энергией обладает например тело, поднятое на неко-
которую высоту. При падении это тело производит работу. К потенци-
альной энергии может быть отнесено состояние наэлектризованной сте-
клянной палочки (§ 9).
Все явления представляют собой случаи или передачи энергии или
преобразования одного вида энергии в другой. Качание маятника является
примером преобразования энергии кинетической в потенциальную и
обратно. В крайних своих положениях маятник обладает только потен-
циальной энергией (скорость его равна нулю). При опускании маятника
потенциальная энергия его уменьшается, кинетическая возрастает. При
достижении маятником середпны хода, кинетическая энергия достигает
наибольшего значения, а потенциальная равна нулю и т. д. Примером
передачи кинетической энергии служит встреча двух упругих шаров,
движущегося и покоящегося. При набегании первого на второй, двигав-
шийся останавливается, а покоившийся, если массы обоих шаров равны,
начинает двигаться со скоростью, равной скорости первого шара.
Пример двух шаров служит аналогией движения электронов, т. е.
электрического тока.
Всегда, когда по проводу течет электрический ток, провод нагревается.
Здесь электрическая энергия преобразовывается в тепловую. Никаких
особых приборов для этого не требуется. Каждая точка провода с током
выделяет теплоту. Нагревание провода током, как показывает опыт,
будет тем больше, чем больше кулонов течет по проводу, чем дольше
поддерживается ток, и будет зависеть от сопротивления проводника.
Выделяемая проводом теплота может например вскипятить воду,
пагреть какое-нибудь пространство и пр.
Для определения количества теплоты, выделяемого проводником с то-
ком, нужно предварительно знать количество работы, произведенной
в проводнике.
На фиг. 14 представлена гидравлическая цепь с центробежным насо-
сом и водяным двигателем. Давление воды на лопасти водяного мотора
приводит колесо во вращение. Предположим, что струя, падающая на
лопасти, имеет площадь поперечного сечения в 1 см2, а давление струи
на 1 см2 лопасти будет например 2 кг, то работа, которую
сможет произвести колесо двигателя, будет больше, чем при давлении
1 кг на 1 слг2. Если работу отнести к единице времени, то можно ска-
зать, что мощность мотора увеличится с увеличением давления на дона-
га
сти. Если струя будет не в 1 см2, а толще, т. е. количество текущей
воды будет больше, то при том же давлении мощность двигателя уве-
личится.
Таким образом мощность водяного двигателя будет зависеть: 1) от
давления воды на единицу площади и 2) от количества протекающей
через него воды. С увеличением этих двух факторов возрастает и мощ-
ность двигателя.
Фиг. 14. Гидравлическая аналогия электрической цепи.
Электр, генератор
§ 31.	Мощность электрического тока.
Обращаясь к вопросу о работе электрического тока, замечаем то же,
что и в примере с водой: большее количество кулонов, текущих по про-
воду, произведет большее количество работы, т. е. работа, произведенная
током, зависит от силы тока. Кроме того роль гидравлического напора
в электротехнике играет напряжение, от которого также будет зависеть
количество произведенной током работы.
Это станет понятным из следующих рассуждений: напряжение £, как
выше указывалось, численно совпадает с запасом энергии у каждого
кулона, который расходуется им полностью в цепи генератора.
Энергия эта тратится на преодоление всех препятствий, встречаю-
щихся кулону в цепи, т. е. на работу. По численному значе-
нию работа, произведенная в цепи одним кулоном, равна
напряжению тока.
Если сила тока, работу которого хотят измерить, равна 1 А, т. е. по
проводнику через какое-либо поперечное сечение проходит 1 кулон
в 1 сек., то работа такого тока численно равна напряжению.
Если же в цепи проходит не 1 кулон в 1 сек., а больше, то работу,
произведенную каждым кулоиом, нужно умножить на число всех кулонов,
идущих по проводу, т. е. на силу тока. Получается в результате работа,
произведенная всеми кулонами.
Так как работа, произведенная кулоном, численно совпадает с напря-
жением тока, то, обозначая по-старому напряжение через Р, силу тока
через 1 и перемножив эти величины, получим в результате работу Р тока
в 1 сек.
P=P-Z.
Работа, произведенная в 1 сек., как известно, называется мощ-
ностью. Последняя формула есть формула мощности тока. Если
в ней заменить Р его значением из закона Ома для цепи (P=»=Z-P), то
получится иной вид той же формулы мощности тока:
p=cp.z=z-p.z-=z2p,
29
т. е. мощность тока пропорциональна квадрату силы тока и Сопротив-
лению.
Мощность тока выражается в ваттах.
Один ватт — это мощность тока силой в 1 А при напряжении в 1 V.
1 W=1 А-IV.
Мощность генератора определяется совершенно так же, т. е. произ-
ведением напряжения, развиваемого генератором на силу тока.
§ 32. Работа тока.
Если ток в цепи, как обычно и бывает, поддерживается в течение не
1 сек., а более продолжительное время, то и работа, проделанная током,
окажется соответственно больше. Положим, что ток в цепи длился t сек.,
тогда работа тока в 1 сек. (т. е. мощность тока) будет E-7=W, а ра-
бота в течение всего времени будет в t раз больше, т. е. Е-1-t. Обо-
значая работу за некоторый промежуток времени через W получим вы-
ражение для работы тока:
\N = EIt.
В этой формуле время t может быть выражено и в секундах, и
в минутах, и в часах, смотря по тому, сколько времени длился ток
в цепи. Не требуется часы пересчитывать в минуты и в секунды, чтобы
вставить в эту формулу. Все произведение, в зависимости от того, будет
ли указано время t в часах, минутах или в секундах, выражается
в ватт-часах, или в ватт-минутах, или в ватт-секундах.
Например ток напряжением в 100 V при силе тока в 10 А поддер-
живался в цепи в течение 4 ч. 30 м. Мощность тока будет:
Р = Е-1= 100-10 = 1000 W
Работа же тока, длившегося 4 ч. 30 м., будет:
W = E-I-t = 100-10-4,5 час. = 4500 ватт-часов.
Ватт-часы обозначаются Wh.
Если бы ток существовал в цепи не 4,5 час., а 4,5 мин., то работа
такого тока выразилась бы:
W = Е-I't = 100-10-4,5 = 4500 ватт-минут.
На практике работа чаще всего выражается гектоватт-часами (1 гек-
товатт-час = 100 ватт-часов) или киловатт-часами (1 киловатт-час =
= 1000 ватт-часов); киловатт-часы обозначаются kWh.
В предыдущем примере работа выразится:
W = E-7-£= 100-10-4,5 = 4500 Wh = 45 hWh = 4,5 kWh.
Работа в ватт-секунду принимается за единицу работы тока и назы-
вается джоуль (J).
Таким образом:
W = 1 V • 1 А • 1 сек. = 1 ватт-секунда = 1 джоуль (J).
Ватт-минута составляет 60 J.
W=1V-1A-1 мин. = 1 V-l А-60 сек. = 60 J.
Ватт-час составляет 3600 J:
W = 1V-1A-1 час = 1-¥-1 А-60 мин. = 1 V-l А-3600 сек. = 3б00 J.
30
§ 33. Соотношение между ваттом, вольтом и килограммометром.
Соотношение между электрическими и механическими единицами изме-
рения мощности и работы таковы, что 1J равен приблизительно работе
силы в 1 кг на протяжении 10 см или 0,1 м, т. е. равен кгм.
1 J = 0,1 кгм.,
точно
13=^1кгм
1 W следовательно равен 0,1 кгм]сек.
Выше указывалось, что при токе силой в 1 А напряжение по числен-
ной величине равно работе, совершенной током в 1 сек., т. е. мощности
тока. Так, если Р=Е-1, то отсюда можно определить Е; оно равно:
Е^~.
Если I — 1 А, то в предыдущем выражении можно в знаменателе
вместо I поставить единицу:
или просто:
Е = Р (при силе тока в 1 А).
т. е. напряжение численно совпадает с мощностью при
силе тока в 1А.
В частности при напряжении иапример £=100 V и силе тока
1= 1 А, мощность тока будет:
P=100V-l A = 100W,
а при той же силе тока в 1 А, но-при напряжении в 200V мощность
получится:
Р= 200 ¥• 1 А = 200 W,
т. е. при силе тока в 1 А, мощность тока, выраженная
в ваттах, всегда численно совпадает с напряжением тока
в вольтах.
Отсюда нетрудно сделать заключение, что 1 V, так же как и 1 W,
в переводе на механические единицы измерения, равен 0,1 кгм, но отне-
сенному к 1 кулону.
Так как энергия измеряется теми же единицами, что и работа, то
можно сказать, что 1V равен эпергпи или работе в 0,1 жглг/кулои.
Если 1W = O,1 кгм (точнее = 0,102 кгм), то Г кгм=1 W: 0,102 =
= 9,8W. Лошадиная сила (л. с.) равна 75 кг,'сек, откуда:
1 л. с. =75 «гл-9,8 W = 736 W,
т- е. 1 л. с. равна 736 W.
§ 34.	Закон Джоуля и Ленца.
Установив единицы для измерения работы тока, можно обратиться
к вопросу об определении количества теплоты, выделяемой током.
Количество теплоты измеряется калориями. Вспомним, что малой ка-
лорией измеряется количество теплоты, потребное для нагревания 1 г
воды на ГЦ.
31
Работу будем измерять в джоулях (в ватт-секундах).
Вспомним далее, что механическим эквивалентом теплоты называется
чи?ло киллограммометров работы, которое может быть получено при
затрате единицы количества теплоты. Известно, что 1 кал дает 427 кем
работы, следовательно 1 гкал даст в 1000 раз меньше, т. е. 0,427 кем
работы.
Переводя килограммометры в джоули (имея в виду, что 1 кем равен
9,8 J), получим, что при затрате 1 гкал можно получить:
0,427 • 9,8 = 4,17 J работы.
Известно также, что затрачивая 1 кгм работы, можно получить
1/<2? кал, или 2,34 гкал теплоты, т. е. работа преобразовывается в те-
пловую энергию.
Если работа тока исчисляется в 4,17 J, то при этом выделяется
1 гкал теплоты. Другими словами 1 гкал эквивалента почти 4 J, а 1 J
следовательно ’/* гкал (—0,24). Таким образом 1 J является эквивален-
том 0,24 гкал и, обратно, 0,24 гкал являются тепловым эквивалентом
работы в 1 J.
Изложенные соображения дают легкий способ определения количества
выделяемой током теплоты, если известна работа, произведенная током.
Умножением количества работы тока в джоулях н*
тепловой эквивалент работы 0,24 полу чае м количе ство
выделенной током теплоты в малых калориях; если обозна-
чить через Q количество выделенной током теплоты в малых кало-
риях, то:
Q = 0,24 Е-1-t,
где Е-1-t— количество работы тока в джоулях. Это значит, что каж-
дый ватт-секунда выделяет 0,24 гкал', все количество работы, произве-
денной током, выделит столько малых калорий теплоты, сколько полу-
чится от умножения 0,24 гкал на количество ватт-секунд.
Это выражение можно преобразовать, имея в вигу формулу закона
Ома для цепи: Е = 1-В. Вставим значение для Е в формулу для Q.
Q = 0,247- R.I-t = 0,24 PRt.
Это выражение называют формулой закона Джоуля и Ленца.
Опа показывает, что теплота выделяется пропорционально квадрату силы
тока (например сила тока увеличится в три раза, а теплоты выделится
в 9 раз больше), пропорционально сопротивлению и времени, в течение
которого будет поддерживаться ток.
Следовательно, если известна сила тока, сопротивление цепи и время,
то легко вычислить количество выделившейся теплоты. В частности при
токе силой в 1 А в проводнике с сопротивлением в 1 ом при существо-
вании тока в течение 1 сек. теплоты выделится:
Q = 0,24 Р2?« = 0,24-121-1 = 0,24 гкал,
т. о. при мощности тока в 1 ватт, выделяется 0,24 гкал теплоты
(—1/4 гкал) в 1 секунду.
§ 35.	Потеря иощпостп в цепях.
На нагревание проводника током тратится электрическая энергия,
т. е. мощность тока. Следовательно, если в цепи есть так называемый
приемник тока в виде ли лампочки, реостата, электромотора и пр., то
52
кроме этих приемников тока мощность тока поглощается подводящими
проводами. Выгодно, чтобы провода брали на себя как можпо меньше
мощности. Для этой цели подводящие провода рассчитываются таким
образом, чтобы они представляли собой как можно меньше сопротивления,
т е. были бы толще и изготовлялись из легко проводящего материала.
Обычно провода употребляются медные или алюминиевые.
В цепях большой протяженности падение мощности не должно пре-
вышать 5—10%.
Пример. Положим, требуется определить величину потери мощности
в цепи, изображенной на фиг. 15. Пусть сила тока в цепи — 1 А. Сопро-
тивление подводящих проводов и лампочки
указаны на фиг. 15.
Падение мощности в подводящих прово-
дах составит:
P=EI=I2R = l2k- 12 = 1 W,
Фиг. 15. Мощность тока по-
требляется главным образом
лампочкой.
где I—сила тока; во всей цепи сила тока
одинакова. В—сопротивление только под-
водящих проводов %ом + 1/z ом= 1 ом).
Падение мощности в лампочке (при /? = 36О2):
Р = РВ=12 А-360 2 = 360 W или 3,6 hW.
Количество теплоты, выделяемое лампочкой в течение минуты (t=
= 60 сек.):
Q = 0,24 22_Ri = 0,24 • 1° • 360-60 = 51 840 гкал.
Мощность тока потребляется главным образом лампочкой.
§ 36.	Лампочки накаливания.
Электрические лампочки для освещения применяются трех родов:
угольные, экономические и наполненные газом. Во всех лампах ток про-
ходит по тонкой нити, се накаливает, отчего и получается излучение
света.
Нить угольной лампы изготовляется из специального сорта угля:
воздух из баллончика выкачивается. Мощность тока, потребляемого этой
лампой, составляет около 3,6 W на „свечу".
Лампочки различаются количеством свечей. За „свечу" принимается
определенная сила света.
Нить экономической лампочки изготовляется из сплава металлов, до-
пускающего больший накал при той же силе тока, что и в угольной
лампе. Отсюда ее название „экономическая". Газом наполненные лампы
потребляют около 1,2 ватта на свечу для ламп небольшой мощности,
и для мощных ламп (свыше 500—1000 W) потребление составляет 0,5 —
0,6 W/свеча. Нить ее тоже металллическая (вольфрамовая), но баллон
лампы наполняется не поддерживающим горение газом (аргон, азот).
Давление в колбе лампы составляет 0,6 ат. Давление газа на нить пре-
пятствует распылению нити, почему накал ее по сравнению с прочими
лампами может быть увеличен.
Таким образом наиболее экономической лампой является последняя.
Задача. Какова сила тока, потребная для горения 50-свечной эко-
номической лампочки в 120 W?
3 Ю. К. Кедрин.
33
Решение. Лампочка потребляет:
Р= 50.1,2 = 60 W.
Сила тока вычисляется из выражения:
P=Ei\
и в нашем примере:
60W=120V-/,
откуда
§ 37.	Реостаты и нагревательные приборы.
Для некоторых опытных целей в цепь вводится прибор, допускающий
возможность менять сопротивление цепи; такой прибор называется рео-
статом. Меняя сопротивление цепи помощью реостата, можно легко
Фиг. 16. Схема реостата.
регулировать силу тока в цепи.
Реостат обычно представляет
собой ряд проволочных спиралей
из нейзильбера или другого ме-
талла, обладающего большим
удельным сопротивлением, мало
меняющимся при изменении тем-
пературы.
Концы спиралей присоединя-
ются к медным пластинкам, на-
зываемым контактами, располо-
женным по дуге (фпг. 16). По
контактам скользит контакт ру-
коятки, передвигаемой от руки.
Рукоятка описывает дугу вокруг
центра О. Ток подводится к цент-
ру О по проводу, проходит по
рукоятке ОА и далее по ряду спиралей к последнему контакту Б, с ко-
торого ток уходит далее в цепь. В зависимости от положения рукоятки
току приходится преодолевать сопротивление большего или меньшего
числа спиралей.
Если рукоятка стоит на
контакте В, то весь реостат
включен, сопротивление це-
пи наибольшее. При поло-
жении рукоятки на кон-
такте Б ток по рукоятке, ми-
нуя спирали, уйдет в цепь—
Фпг. 17. Схема реостата с ползуном: П, А и
В — зажимы.
реостат выключен.
Другой вид реостата представляет собой (фиг. 17) спираль АБ, вдоль
которой ходит ползун П. Ползун скользит металлическим контактом К
по виткам спирали. Зажимами служат: один конец спирали Л и напра-
вляющая штанга В, состоящая все время в соединении с ползуном. При
положении ползуна у зажима А — реостат выключен; противоположное
крайнее положение ползуна у конца спирали Б обусловливает необхо-
димость току пройти по всем виткам спирали — реостат включен.
34
К нагревательным приборам относятся электрические печки, грелки
к u для кипячения воды и варки пищи.
и ?' ;а состоят из нагревательных проводов обычно из сплава никеля
омом, так называемого нихрома, имеющего удельное сопротивление
с ‘ । ’ома и хорошо выдерживающего длительный нагрев до 900 —
Нагревательным проводам часто придают форму ленты или сви-
т "их в спирали или наматывают на какую-либо теплостойкую основу.
Ва1°3 апача. Какое сопротивление имеет проволока, уложенная в виде
оской спирали в двойном дне электрического чайника, емкостью в 1 л,
пЛ вода, налитая в чайник, при температуре в 10° Ц закипает в 10 мнн.,
6 сила проходящего по спирали тока равна 6А?
а решение. Исходя из формулы закона Джоуля и Ленца Q = 0,24
127?^ необходимо определить количество малых калорий, потребное для
нагревания воды от 10 до 100° Ц, т. е. на 90°. Емкость чайника 1 л,
т е. 1000 см3. Для нагревания 1 см3 на 1°Ц требуется 1 гкал; на
нагревание 1000 с.м3 воды на 13Ц потребно 1000 гкал. Для того чтобы
вода закипела, необходимо 1000-90 = 90 000 гкал. Вставляем в формулу
Леппа все известные величины: ^ = 90000, Z=6A и £ = 600 сек.
(10 мин.):
90 000 = 0,24-G2/?-600,
откуда
~	90000	90000	, _
R —--------------=--------------= 17 о.
62-G00 0,24	80-600-0,24
Ответ. 17 ш.
Задача. Какой длины проволока чайника предыдущей задачи, если
ее сечение 0,5 мм~ и удельное сопротивление нихрома 1 2? Из формулы
Ома для определения сопротивления
лить гл =-----. Вставляем в нее
8 = 0,5 мм2; и р = 1 2.
,	17-0,5 о _
I =--~~ — м-
„ I
проводников 1С — Р&легко опреде-
все известные величины: J? = 17;
Фпг. 18. Короткое вамыкание.
§ 38.	Короткое замыкание.
Под термином короткое за-
мыкание понимается умень-
шение сопротивления цепи
теоретически до пуля под влия-
нием порчи изоляции и прикоснове-
ния проводов к каким-либо металлическим предметам, имеющим соедине-
ние с землей (фиг. 18).
На фиг. 18 представлена схема включения лампочки, имеющей со-
противление в 200 2 в цепь с напряжением в 120 V. Нормально такая
лампочка питается током, силу которого легко определить из формулы
закона Ома: I =	= 0,6 (сопротивление цепи лампочки
составляется из суммы сопротивлений, во-первых, подводящих проводов =
— 0 02 2 в оба конца и, во-вторых, самой лампочки).
Если же где-нибудь до лампочки оба провода соединятся друг с дру-
г°м например помощью неосторожно помещенного инструмента так, как
*	36
изображено на фиг. 18, то току представится более легкий путь,
того чтобы замкнуться в генераторе, каковым он и воспользуется. Если со
противление металлического инструмента будет примерно в 0,01 2, т(
общее сопротивление R' новой замкнутой цепи составит всего 0,01
4-0,01-1-0,01=0,03 2. Силу тока при этом новом сопротивлении полу
чим из формулы
Г=:^ = ъё = 4000 А‘
И	О,Ud
чрезвычайно велика по сравнению с нормальной
Такая сила тока
для которой провода служат. Такой ток вызовет быстрое нагревание про
водников всей цепи (выделение теплоты — пропорционально квадрату силь
тока: Q = 0,24 PRt), их плавление и пожар вследствие воспламенень;
изоляции.
Во избежание порчи машин и несчастий при таких слу
чайных коротких замыканиях цепи ограждаются установке!
специальных приспособлений. К ним относятся автомати
четкие выключатели на станциях и так называемые плав
кие предохранители у приемников тока—у электро-
моторов, у групп ламп, у нагревательных приборов и пр.
Фиг. 19.
Плавкий пре-
дохранитель.
§ 39.	Предохранители.
Устройство предохранителя основано на плавлении током
проволочки, включенной в цепь приемника тока. Материал
проволочки, обычно свинец, температура плавления которого
около 350—400°, значительно ниже плавления меди (1060°).
Тоненькая свинцовая проволочка II, рассчитанная на опре-
деленную силу тока, укрепляется между зажимами Ав В
предохранителя (фиг. 19). В случае непредвиденного повы-
шения силы тока, проходящего по цепи, в которую вклю-
чена проволочка, она нагревается быстрее (вследствие также и большего
ее удельного сопротивления, чем у меди) и перегорает, отчего цепь
оказывается разомкнутой.
ГЛАВА V.
СПОСОБЫ СОЕДИНЕНИЙ ПРИЕМНИКОВ ТОКА. ЗАКОН КИРХ-
ГОФА.
§ 40.	Последовательное соединение.
Па фиг. 20 изображена гидравлическая цепь. Трубы в ней наполнены
водой, как провода электрической цепи — электронами. В цепи установлен
насос, создающий давление, напор, благодаря которому вода приходит
в движение, преодолевая силу трения о стенки трубы. Насос не уве-
личивает во всем трубопроводе количества воды; он со-
здает только давление.
На фиг. 21 изображена электрическая цепь, состоящая из генератора,
играющего роль насоса, и электрических лампочек.
Совершенно так же, как насос в гидравлической цепи, генератор не
создает электричества. Он сообщает электрический напор кулонам, как
говорят, генератор создает ЭДС.
36
Из фиг. 21 видно, чго нить каждой лампочки включена между двумя
нцами электрической цепи так же, как и каждый змеевик укреплен
к°жДу двумя прямолинейными участками труб.
* Такое соединение проводников или приемников тока (лампочек), при
отором конец одного проводника соединяется с началом другого, конец
ВтогодрУго,° —с началом какого-нибудь третьего, далее, конец третьего —
Фиг. 20. Змеевики соединены последовательно
ДРУГ Другу.
с началом четвертого и т. д., причем в точках соединения никаких иных
проводников не имеется, называется последовательным соеди-
нением.
Для того чтобы в замкнутую цепь включить последовательно
какой-нибудь приемник тока (простой отрезок проводника является также
генератор
Фиг. 21. Последовательное включение лампочек.
приемником тока, так как в нем энергия тока расходуется), необхо-
димо цепь разрезать и между образовавшимися концами включить
новый приемник тока.
§ 41.	Общее сопротивление последовательной цепи.
Общее сопротивление последовательно соединенных
проводников равно сумме сопротивлений отдельных
участков, составляющих цепь. Это понятно из того, что каждый
новый, последовательно включенный проводник удлиняет цепь, не изменяя
сечения уже бывших до него проводников; по формуле Ома сопротивле-
ние проводников возрастает с их длиной при неизменяющемся сечении.
Пример. На фиг. 21 каждая из четырех ламп имеет сопротивление
в 10 2. Внутреннее сопротивление генератора и подводящих проводов
равно 1 2; общее сопротивление:
£=10+104-104-10 + 1=41 2.
Обозначая общее сопротивление через £, а отдельные сопротивления,
составляющие цепь, — через ru rs, ra,... и т. д,, получим формулу для
37
определения общего сопротивления В последовательной цепи, ecjJ
известны сопротивления, составляющие:
В = л + г2+г3 + ---
§ 42.	Сила тока в последовательной цепи.
Во всех поперечных сечениях последовательной цеп!
сила тока одинакова. Какие бы приборы, какие бы приемники
тока не были последовательно включены в цепь, во всех них сила тоц!
будет одинакова. Это следует из того, что число вышедших из генератор!
кулонов равно числу вошедших в него. Если бы через какое-нибуд!
поперечное сечение цепи прошло кулонов в секунду меньше, чем чере!
другое, то очевидно между этими сечениями имеется утечка тока. Така!
цепь не может быть строго названа последовательной цепью.
Совершенно такое же явление наблюдается и в гидравлической цени!
изображенной на фиг. 20  через любое сечение при токе воды проходи!
одно й то же количество литров воды.
I	I
§ 43.	Падение напряжения в последовательной цепп.
Так как любой участок последовательной цепи требует затраты энор<
гии со стороны движущегося по участку кулона (т. е. на любом участка
происходит падение напряжения), то общей
падение напряжения вдоль по-1
следовательной цепи равно суммы
падений напряжения вдоль всех
отдельных участков, составляющих!
цепь.
Поэтому, чтобы узнать, какое напряжение
(разность потенциалов) должно быть приложена
к цепи, чтобы в цепи поддерживался опреде-]
ленной силы ток, нужно узнать, какое надо!
ние напряжения, т. е. сколько будет тратиться вольт на каждом отдель-1
ном участке цепи, и взять сумму истраченных вольт.
По закону Ома для цепи падение напряжения можно вычислить умно-
жением силы тока на сопротивление:
Е = 1-В.
Пример. В изображенной на фиг. 22 последовательной цепи каждая
из трех ламп имеет сопротивление положим в 10 2. Сопротивление под-
водящих проводов и внутреннее сопротивление генератора в общем
равно 1 2. Сила тока во всей цепи установилась в 2 А. Каково падение
напряжения вдоль всей цепп или какую ЭДС должен развивать генератор,
чтобы ток поддерживался в 2 А? (Необходимо всегда иметь в виду, что
падение напряжения во всей цепи равно развиваемой генератором ЭДС.)
Решение. Падение напряжения в каждой лампе будет по закону
Ома:
Е = I R = 2 А-10 2 = 20 V.
Для трех ламп падение напряжения составит:
3-20 V = 60V,
Фнг. 22. Схема последова-
тельного включения лам-
почек.
38
а в самом генераторе и в потводящих проводах:
Е=1.Д = 2 А-1 2 = 2 V.
Общее падение напряжения:
60 VH-2 V = 62 V.
Генератор должен развивать ЭДС в 62 V, чтобы в указанной цепи
поддерживался ток силой в 2 А.
§ 44. Параллельное соединение.
Па фиг. 23 изображена гидравлическая цепь с параллельно включен-
ными лампочками.
Параллельным или шунтовым включением называется
такое, которое создает разветвление тока.
В гидравлической це-
пи (фиг. 23) насос со-
здает давление, и вода
течет до первого змее-
вика А. Здесь часть воды
устремляется в змеевик А,
остальная течет дальше
до входа в змеевик В.
В сечении В опять про-
исходит разветвление во-
Фиг. 23. Змеевики соединены параллельно друг
другу.
ди: часть идет в змее-
вик В, остальная течет
дальше по змеевику С.
Внизу всех змеевиков вода
попадает в горизонтальную трубу, по кото-
рой опять поступает в насос. Чтобы представить себе ясно всю картину,
нужно вообразить, что до начала работы насоса вся система совершенно
заполнена водой. Работающий насос создает давление, в силу чего
Фиг. 24. Лампочка В
включена параллельно
сопротивлению.
Фиг. 25. Схема, иллюстри-
рующая закон Кирхгофа:
J = ii + i3 + ia + i4.
создается ток воды.
В электрической цепи
(фиг. 24) ток, дойдя до
какой-нибудь точки А,
к которой присоединен
шунт или параллельная
ветвь АВС, разветвля-
ется: часть его пойдет
по ADC, другая часть
пойдет но ветви АВС.
генератору. Таких точек
В точке С оба тока соединятся и направятся к
разветвления цепи может быть любое количество.
В отличие от последовательного включения приемников тока, при
котором цепь должна быть разрезана, параллельное включение
не требует разрезания провода. Для параллельного включения
концы ветви (провода или любого иного приемника тока) присоединяются
(обычно припаиваются) к двум точкам цепи, между которыми должны
помещаться шунт или ветвь.
Между двумя точками цепи, например А и В, может быть присоеди-
нено любое количество параллельных ветвей (фиг. 25). В этом случае
все ветви называются пучком параллельных ветвей.
30
§ 45. Закон Кирхгофа.
Ток I, подойдя к точке А (фиг. 25), разветвляется на столько токов,
сколько имеется параллельных ветвей. В точке В токн схо-
дятся из всех ветвей и по общему проводу направляются в генератор.
По любой ветви ток только и может течь в точке В, иного пути ему нет.
Очевидно, что сумма сил токов в ветвях равна току, подхо-
дящему к точке разветвления (Л), и ток, уходящий от
точки разветвлен ня (В), равен сумме сил токов, подхо-
дящих по ветвям к этой точке. Это и есть первый закон Кирх-
гофа.
Если обозначить точки к ветвях через ilt i2, i3,... и т. д., а силу
тока, подходящего к точке А и уходящего от точки В, — через I, то
можно написать формулу первого закона Кирхгофа:
/=	?2 Ч" ^3 Ч* • • •
I-9A в
Фиг. 26. При равных друг
другу сопротивлениях
ветвей, силы токов в них
одинаковы.
В каждой отдельной
§ 46. Силы токов в параллельных ветвях.
По закону Кирхгофа сумма сил токов, уходящих но параллельным
ветвям от точки разветвления, равна силе тока, подходящего к этой
точке. При разветвлении тока могут иметь место
два случая: 1) токи, текущие по параллельным
ветвям, равны между собой и 2) имеют различ-
ные значения.
Первый случай возможен лишь при условии
равенства друг другу сопротивлений ветвей, со-
ставляющих пучок, т. е. если сопротивления
ветвей
rv г2, г3,... и т. д., то = г2 == г8 =...
Второй случай возможен тогда, когда сопро-
тивления ветвей различны.
ветви сила тока может быть вычислена по закону
Ома для цепи i = —, где е — напряжение, расходуемое в ветви, аг —
сопротивление этой ветви.
По вопрос о силе тока в каждой ветви может быть решен и яным
путем. В первом из указанных случаев, при равных сопротивлениях вет-
вей, принимая во внимание первый закон Кирхгофа, сила тока в каждой
параллельной ветви очевидно во столько раз меньше силы тока, подхо-
дящего к точке разветвления, сколько имеется параллельных ветвей. При
силе тока 7, например равной 9 А (фиг. 26) и при трех параллельных
ветвях, из которых каждая имеет сопротивление г, сила тока г в каждой
из ветвей равна 9 А : 3 = 3 А. Вставив для проверки сумму сил токов грех
параллельных ветвей в формулу закона Кирхгофа, получим равенство:
9 А = 3 А4*3 АЧ-3 А.
Общее выражение для вычисления силы токов в параллельных вет-
вях для первого случая, т. е. при равных друг другу сопротивлениях
ветвей:
г —
I
п
40
е i—сила тока в каждой из параллельных ветвей, 1—сила тока, под-
хОдящего к точке разветвления и п—число параллельных ветвей.
Во втором случае, т. е. когда сопротивления параллельных ветвей не
равны друг другу, решение вопроса о силе тока в каждой ветви должно
рсстись следующим образом.
Из закона Ома для цепи известно, что чем больше сопротивление
цепи, тем сила тока в ней должна быть меньше при неизменном напря-
жении.
Прилагая закон Ома для цепи к пучку параллельных ветвей, делаем
заключение, что ток разветвляется обратно пропорцио-
нально сопротивлениям ветвей или про-
порционально проводимостям ветвей
(проводимостью называется величина, обратная со-
противлению).
II ример!-й (фиг. 27). Сила тока в цепи 1= 12 А.
Имеется две параллельных ветви: сопротивление пер-
вой равно 3 2 и сопротивление второй—6 2. Какова
сила тока в каждой из параллельных ветвей?
Решение. Замечаем, что сопротивлепие вто-
рой ветви в 2 раза больше, чем сопротивление пер-
вой; следовательно во второй ветви сила тока дол-
жна быть в два раза меньше. Так, если обозначим
силу тока второй ветви через i2, то сила тока первой ветви будет 22 = iv
Сумма сил токов очевидно будет Зг2, причем оиа должна по закону Кирх-
гофа равняться 12 А, т. е.:
12
3/„ = 12А, откуда г2 = -т- = 4А.
«5
12/ А
Фиг. 27. Ток в ветвях
распределяется обрат-
но пропорционально их
сопротивлению.
124 В
/ = 17Д В
С
Фиг. 28. Пучок трех
параллельных ветвей
разных сопротивлений.
Если г2 = 4 А, то г’1 = 2г2 = 2 • 4 = 8 А.
Ответ. Сила тока в первой ветви 4А и во второй 8А.
Пример 2-й (фиг. 28). Сила тока в цепи I = 17А.
Имеется три параллельных ветви. Сопротивление вет-
вей rt== 2 2; г2==42 и г3= 10 2. Соответственно
токи в ветвях обозначим через гь ?2, г3.
Решение. Самая меньшая сила тока будет
в третьей ветви, так как ее сопротивление наиболь-
шее г3=10 2. Сопротивление г2 = 4 2, в 2,5 раза
меньше, чем г3 = 10 2; следовательно ток во вто-
рой ветви будет в 2,5 раза больше, чем сила тока
в третьей ветви, т. е. г2 = 2,5г3. Сопротивление
первой ветви r1 = 2Q, т. е. в 5 раз меньше сопро-
тивления третьей ветви, откуда заключаем, что сила тока в первой ветви
в 5 раз больше силы тока в третьей ветви, т. е. г, = 5 г8. Сумму сил
токов можно обозначить так: г8-|-2,5г8-{-5 г8, а всего 8,5 г8, каковая ве-
личина по закону Кирхгофа должна равняться 17 А, т. е.:
17
8,5 г8 = 17 А, откуда i3 = g-g- = 2 А.
Если г8 = 2А, то г2 = 2,5 г8 = 2/5-2 = 5 А, а г\ = 5г8 = 5-2 А= 10 А.
Делаем проверку на основании закона Кирхгофа:
«i + ^ + z8 = Z;	2A-J-5 А+10А = 17А.
О т в е т: = 10 А; г2 «= 5 А; г8 = 2 А.
Решение подобных примеров удобно располагать в таблицу.
41
Пример 3-й. Сила тока в цепи Z = 72A. Имеется 5 параллельных
ветвей с сопротивлениями:
г, = 1 Q, /2 = 3 2, /3 = 8 2, г4 — 2 2, тъ = 24 2.
Силы токов в ветвях обозначим через ilt г2, is, г4, гъ.
Составим таблицу:
И га 2	Сопротивле- ния ветвей в им ах	Проводимости соответствую- щих ветвей		Части полной силы тока» полученные умноженьем дробей предыд. графы на общ. их анамен тель	Всего частей тока	Величина 1-й части тока	Величина токов в ветвях в амперах
1	1	1		4-24 = 24	244“^Ч"84“	72 А : 48 =	г, = 24-1,5 = 36 j
2	3	1 3	общий	X 00 II "4	+12+1=48 частей	= 1,5 А	i2 = 8-1,5=12.
3	8	1 8	знам.	+ «=’			t3= 3-1,5 =4,5 J
4	2	1 2	24	-24=12			i4= 12-l,5=l,8j
5	24	1 24		^.24 = 1			г5= 1-1,5 =1,5 j
Ответ: /, = 36 А; 4 = 12 А; /3 = 4,5А; 4 = 18 А; 4 = 1,5 А.
§ 47. Падение напряжения в параллельных ветвях.
На фиг. 29 изображена цепь, состоящая из трех параллельных ветвей
На каждой ветви помечены их сопротивления и силы токов. Если приме-
нить закон Ома для
/, = ? Д r|=50w
Фиг. 29. Падение на-
пряжения в каждой
параллельной ветви
одно и то же.
цепи с целью определить падение напряжения в ка
ждой из параллельных ветвей, то получим следую'
щие величины. Падение напряжения обозначим со
ответственно через е2. е3-
В первой цепи падение напряжения будет:
е, =г, = 2 А-50 2 = 100 V.
Для второй цепи:	,
е2 = г2.г2 = ю А-102 = 100 V.
Для третьей цепи:
е3 = i3-ra = 0,5 А- 200 2 = 100 V.
Оказывается, что во всех параллельных в
напряжения одинаково, именно по 100 V.
Физически это становится понятным из следующих
етвях
падени
соображений:
трата
энергии кулоном происходит не только на преодоление сопротивлений
проводника, но также и на „проталкивание“ среди соседей-кулонов. Дей
ствительно, чем больше кулонов движется в секунду через сечение про
водника, т. е. чем сила тока больше, тем падение напряжения больше.
е
42
Сила тока в каждой ветви обратно пропорциональна сопротивлению
ветви. Где путь труднее, туда кулонов пойдет меньше. Что каждый
кулон выиграет на легкости пути, то он проиграет на преодолении труд-
ностей, связанных с большой силон тока, установившейся в этой ветви.
В результате окажется, что падение напряжения в каждой ветви будет
как раз равно падению напряжения в соседней параллельной ветви.
В общем виде это можно выразить так: падения напряжения
в'любом числе параллельных ветвей пучка равны между
собой и совпадают с разностью потенциалов между точ-
ками включения пучка (т. е. между точками В и С, фиг. 28).
§ 48. Сопротивление пучка параллельных ветвей.
•	1-й случай.
Представим себе пучок параллельных ветвей, изготовленных из одина-
кового материала, имеющих равные длины и равные площади поперечных
сечений. Очевидно (по формуле Ома для сопротивления проводников) со-
противления таких ветвей будут равны между собой. Представим себе
кроме того, что ветви не имеют изоляции, т. е. проводники оголены. Если
теперь сблизить все проводники, образующие пучок, так, чтобы они ка-
сались плотно друг друга, то получится один толстый провод, длина кото-
рого будет равна длине отдельной ветви.
Можно утверждать, что общее сопротивление пучка параллельных вет-
вей равно сопротивлению одного провода той же длины, что и каждая
ветвь, но площадь поперечного сечения которого равна сумме площадей
поперечных сечений ветвей, составляющих пучок.
Возьмем для определенности две параллельных ветви, сопротивления
которых /j и г2 равны между собой, т. е. /j=r2.	\
Между точками, к которым присоединены две ветви, присоединим еще
третью ветвь, сопротивление которой г8 равно каждой из прежних порознь.
Если теперь сблизить все три ветви так, чтобы они образовали один про-
водник, то окажется совершенно ясным, что площадь поперечного сече-
ния одного нового толстого проводника, состоящего из трех тонких,
будет больше, чем если бы он был составлен только из двух тонких про-
водников-ветвей. Если включить между теми же точками цепи еще одну,
четвертую ветвь, то один провод, заменяющий все ветви, стал бы еще
толще и т. д. По чем больше ппощадь поперечного сечения проводника,
тем сопротивление его меньше. Отсюда можно сделать вывод, что с уве-
личением числа параллельных ветвей общее сопроти-
вление цепи уменьшается.
По формуле Ома для сопротивления проводников при одной и той же
длине сопротивление проводника обратно пропорционально его попереч-
ному сечению:
»
Если взять две параллельные ветви, удовлетворяющие поставленным
условиям, то при сближении их друг с другом получится один проводник
в два раза толще. Сопротивление его будет в 2 раза меньше, чем сопро-
тивление каждой из составляющих его ветвей. Три проводника, сближен-
ные таким же образом, создают один проводник, площадь поперечного
сечения которого будет в 3 раза толще каждого из составляющих про-
43
водников, а сопротивление его окажется в 3 раза меньше, чем каждой из
ветвей. (Необходимо все время иметь в виду, что ветви имеют равные
друг другу сопротивления.)
Из этого следует, что общее сопротивление R пучка, со-
стоящего из п параллельных в ет в ей, пр и ч е м сопроти-
вление каждой ветви равно г, определится делением ве-
личины сопротивления одной ветви на число ветвей,
т. е.
§ 49. 2-й случай.
составляющие пучок, имеют разныо сопротивления (фиг. 30).
силу тока до разветвления через I и силу тока в ветвях со-
Ветвя,
Обозначим
ответственно через гп г2, ъ- По закону Кирхгофа напишем:
Заменим значения для I и г из выражения закона Ома для цепи:
В
В
Е	. Е	. Е
гл —з-; 12 — —; «з — —»
Ti	га	гз
где R обозначает общее сопротивление всего пучка
параллельных ветвей, в нашем случае общее сопро-
тивление трех параллельных ветвей. Буквой Е ( По-
значны падение напряжения между точками “	~
(фиг. 30).
Встав-
вместо
вместо
Г3
Е . Е , Е
С
Фиг. 30. Общее сопро-
тивление пучка мень-
ше самого малого из
составляющих пучок.
Падение напряжения Е будет одинаково во всех трех ветвях,
ляя в формулу закона Кирхгофа значения для силы тока, т. е.
т	Е	• Е	• Е
1 подставляя а вместо , вместо г2------------— и наконец
Е	1 *	3
г3 = —, получим равенство:
'3
Е
’ В Г] ‘ г2 ' г3 
Если обе части равенства разделить на одну и ту же величину, то
равенство нс нарушится. Поделим обе части равенства на Е:
L=J_+_L+±
Я Г1 г2 г„
Отсюда легко определяется R, т. е. общее сопротивление пучка па-
раллельных ветвей.
Пример (фиг. 30). Имеется пучок трех параллельных ветвей; сопро-
тивления ветвей г1 =3ома, га = 6ом, г3 = 12ом. Требуется определить
общее сопротивление R пучка.
Решение Вставляем значения сопротивлений ветвей в формулу для
определения R:
В и С
I I 1	1 1 1 / 1
в г, г, Гя 3^6 1 12 1
'а га
44
решаем вто равенство:	---
1	4 + 2+1	7
R 12	12 ‘
Замечаем, что это простая пропорция, откуда определяем R:
Д = -1^- = -^ = Г/72.
Общее сопротивление пучка параллельных ветвей, как указывалось
выше, оказалось меньше самого малого из сопротивлений ветвей.
Необходимо помнить рассуждения, приведенные выше: если сблизить
три параллельные ветви так, чтобы они плотно прилегали друг к другу,
то получится как бы один проводник, площадь поперечного сечения ко-
торого будет равна сумме площадей поперечных сечений проводников,
составляющих пучок, и его сопротивление, т. е. общее сопротивление
пуч1 а должно стать меньше, чем сопротивление любой из ветвей, соста-
вляющих пучок.
тг	.11
Легко заметить, что дроби — и т. д. не что иное, как величины,
обратные сопротивлениям, т. е. проводимости.
На этом основании формулу для определения общего сопротивления
пучка параллельных ветвей
4-=^-+4-+++-
К	Гц г3
можно прочитать так: общая проводимость пучка, состоящего
из любого числа параллельных ветвей, равна сумме про-
водимостей отдельных ветвей, составляющих пучок.
Формула, которую мы получили выше для определения общего сопро-
тивления пучка при равных друг другу сопротивлениях ветвей, составляю-
щих пучок:	1
есть частный случай формулы, только что выведенной. Действительно про-
водимость такого пучка будет:
ь___п.
В ~ г ’
здесь п—число параллельных ветвей.
ГЛАВА VI.
МАГНЕТИЗМ.
§ 60. Магнит и магнитная сила.
Магнитом называется тело, обладающее способностью притягивать
к себе некоторые металлы, называемые магнитными телами. Магнитом
могут стать куски стали, железа (не химически чпсТого), никеля, кобальта;
химически чистое железо не может обладать свойствами магнита, оно мо-
жет только притягиваться магнитом, как и только что перечисленные.
Магнитной силой называется сила взаимодействия между двумя маг-
нитами или между магнитом и куском железа безразлично, будет ли эта
45
ила ii тяг иающая или---алк нающая. ста сила может быть измерена
единицами веса—фунтами, килограммами и пр.
Все прочие тела, если и обладают магнитными свойствами, то в крайне
незначительной степени.
Магниты разделяются: 1) на естественные, — практического значения
не имеющие; 2) искусственные постоянные магниты, представляющие со-
бой куски закаленной намагниченной стали, и 3) электромагниты—куски
мягкого железа, обмотанные изолированным проводником. При пропуска-
нии тока по виткам обмотки железо приобретает магнитные свойства,
исчезающие с прекращением тока.
§ 51.	Магнитные полюсы.
Если магнит посыпать железными опилками, то опилки пристанут
к магниту. Середина магнитов нс притягивает к себе опилки. Она назы-
вается нейтральной областью магнита.
Наибольшее притяжение замечается у концов магнита. Концы магнита
называются его полюсами (фиг. 31).
Магнитная осн
ШОММ
- Железные опилки
Магнитный брусок
Фиг. 31. Притяжение опилков полюсами магнитов.
Если магнит подвесить на нитке, и дать ему свободно вращаться, то
одним из своих концов он всегда будет поворачиваться к географическому
северу, а другим—к югу. Тот конец магнита, который повора-
чивается к север у,—назван северным полюсом (N) магнита, проти-
воположный—южным (S).
Фиг. 32. Взаимодействие полюсов.
Если стальную пластинку потереть постоянным магнитом, то пластинка
намагнитится, т. е. примет магнитные свойства.
Заострив концы такой пластинки и укрепив ее на вертикальном острие
так, чтобы она могла свободно вращаться (фиг. 32) в горизонтальной
плоскости, можно наблюдать следующее явление. При приближении
к острию такой пластинки (стрелки) северного полюса какого-либо по-
ле
лого магнита — концы стрелки будут к нему притягиваться
*'Т ° ЯТНпего отталкиваться.
г т?ло отметить у стрелки северный полюс (например закрасить его),
•жется, что отталкивание конца стрелки будет происходить всегда
то № когда’к нему приближается северный полюс постоянного магнита.
тогДа> самое наблюдается при приближении к незакрашенному (южному)
ж стрелки южного полюса постоянного магнита; но северный полюс
К тягивает к себе незакрашенный южный полюс стрелки и наоборот.
,|РИтгва северных и два южных полюса двух магнитов называются одноимен-
и полюсами. Южный и северный полюсы называются разноименными.
BI '11з опыта с магнитом и стрелкой можно сделать вывод: одиопмен-
е полюсы двух магнитов отталкиваются, аразноимен-
”ые —притягиваются друг - ----------------
Магнитная стрелка, помещенная
острие и заключенная в бронзовую коробку, называется компасом. На-
значение компаса общеизвестно.
Магнит притягивает магнитные
«другу.
описанным способом на вертикальном
тела, находящиеся от него даже на
некотором расстоянии, причем между магнитом и магнитным телом может
быть помещено любое другое тело: стекло, бумага, дерево и пр., притя-
жение магнита будет проявляться. Из этого следует, что никакое тело,
или, как говорят, никакая среда не может служить „изолятором" для
магнитных свойств магнита.
§ 52.	Магнитный спектр.
Так называемый магнитный спектр может быть получен, если на стекло пли
картон, под которым находится магнит, насыпать железные опилки (фиг. 33).
Опилки расположатся правильными линиями на том пространстве, где
могут быть обнаружены магнитные свойства магнита. Вне этой области
опилки располагаются в беспорядке.
N § Г
% у	" -..'<•
Фиг. 33. Магнитные спектры.
Если вглядеться в магнитный спектр, то можно обнаружить, что опилки
Располагаются своими концами друг к другу и образуют как бы линии.
®Ти линии наглядно представляют направление магнитного притяжения,
т- е. ио направлению этих линий магнит притягивает маг-
Нптпые тела.
§ 53.	Силовые линии и магнитное поле.
Направления, по которым действуют магнитные силы,
Называются магнитными силовыми линиями.
Спловые линии физически не существуют; это — линии, по направле-
но которых располагаются опилки или устанавливается магнитная стрелка
47
компаса, поднесенная к магниту. Окружающее магнит пространство, в ки-
тором проявляются его магнитные свойства и которое характеризуется
силовыми линиями, называется магнитным полем.
Для некоторых целей удобно силовым линиям приписать определенное
направление. Условились считать, что силовые линии направлены от се-
верного полюса N вокруг всего магнита к его южному полюсу 8. В и у.
Фиг. 34. Направление, приписываемое силовым магнитным
линиям.
три самого магнита силовые линии направлены от южно
го 8 к северному полюсу N (фиг. 34). Магнитные силовые лини
всегда замкнуты на себя, это значит, что магнитные силы действуют п
замкнутым кривым.
§ 54.	Намагничение через влияние.
Кроме притяжения магнитом на расстоянии, магнитные тела могут на
магничиваться магнитом, не касаясь последнего.
Фиг. 35. Вслед-
ствие магнитной
индукции кусок
железа В нама-
гничивается от ма-
гнита А.
Расположение магнитных тел представлено на фиг. 35
Кусок мягкого железа В намагничивается постоянны]
магнитом А. Намагничивание вызывается тем, что сило
вые линии постоянного магнита „сворачивают" в сто
рону мягкого железа и сгущаются в нем.
В намагничиваемом куске полюсы образуются та
ким образом, что на конце куска железа, об
ращенном к магниту, полюс получается
разноименный.
Природа магпитизма не йсследована, т. е. причина
почему например из двух кусков стали один обладав
магнитными свойствами, а другой — нет, — неизвестна.
§ 55.	Гипотеза элементарных магнитов.
Существует предположение (гипотеза), что атомь
тела сами по себе являются мельчайшими из возмож
пых, элементарными, как их называют, магнитами
У простого куска железа или стали элементарные магниты-атомы распо
ложены в беспорядке (фиг. 36); под влиянием намагничивающей силы оа
элементарных магнитов стремятся расположиться параллельно друг друг у
48
Все северные полюсы магнитов-атомов обращаются в сторону одного
конца куска стали, все южные — в сторону другого конца. Каждый маг-
нитик создаст свое магнитное поле; магнитные поля всех атомов, склады-
ваясь, образуют одно магнитное поле магнита, являющееся равнодей-
ствуюшим слагаемых полей.
Этим предположением лег-
ко объясняется существова-
ние нейтральной о б л а-
N
S’

ст и ма , р Фиг. зб. Расположение атомов в неиамагничен-
гивающеп к соое маг-	воы и в намагниченном телах.
нитные тела. Можно
представить себе, что кусок железа, помещенный па нейтральной области
магнита, испытывает притяжение одинаковой силы со стороны как вправо
Кусок Железа
Фиг. 37. Нейтральная область маг-
нита не притягивает к себе железа.
от него лежащих элементарных маг-
нитов, так и влево лежащих (фиг. 37).
Равнодействующая этих двух сил, как
равных и направленных в противо-
положные стороны, равна нулю, отчего
кусок железа и не подвергается магнит-
ному действию.
§ 56. Насыщение.
Кусок железа или стали не может
предела. Объяснение этого явления тс
приведенной гипотезе. Элементарные
осями параллельно друг другу, образо-
вали магнитное поло определенной
силы. Сколько бы старанвй ни было
приложено, чтобы увеличить магнит-
ные свойства намагничиваемого куска,
они ни к чему не приведут, так как
атомы уже расположились в определен-
ном порядке, и поворачиваться им
больше некуда. Такое состояние, когда
магнитные свойства магнита под влия-
нием намагничивающей причины не
увеличиваются, называется насыще-
нием.
Для перемены полюсов магнита, для
изменения его полярности необходимо
сначала магнит размагнитить
совершенно. Элементарные магниты
придут в беспорядочное состояние. Для
создания северного полюса на том koi
быть намагничен выше известного
же может быть найдено в выше-
ыагниты, расположившись своими
Фиг. 38. Намагничивание стеклянное
банки с железными опилками.
в, который был южным полюсом,
нужно снова начать намагничивать магнит, причем элементарные магниты
начнут опять поворачиваться и снова расположатся в порядке, но уже
своими полюсами в противоположную первоначальной сторону.
Гипотезу об элементарных магнитах подтверждает легко осуществляе-
мый опыт (фиг. 38). Стеклянную пробирку, наполненную железными опил-
ками, можно сравнить с куском полосового железа. Опилки в ней распо-
ложены в беспорядке, продольными осями своими в разные стороны. По
4 Ю. Е. Кздрпп.
49
гипотезе, атомы куска железа именно и находятся в подобном хаотиче-
ском беспорядке. Если к концам пробирки поднести ненамагничен-
ную стрелку, укрепленпую наподобие стрелки компаса, то опилки ника-
кого магнитного действия на стрелку не произведут. Совершенно такой
же результат получится, если к куску полосового железа поднести такую
же стрелку. Еслп же теперь опилки в пробирке намагнитить посторон-
ним, постоянным магнитом, способом, указанным на фиг. 38, то приобре-
тенные опилками магнитные свойства скажутся на поднесенной к про-
бирке стрелке. Пробирка будет обладать северным и южным полюсами,
опилки в ней расположатся параллельно друг другу своими осями.
Строение опилок подтверждает гипотезу молекулярных магнитов. После
встряхивания пробирки всякие признаки полярности исчезают. Необ-
ходимо иметь в виду, что опилки не должны быть химически чистым
железом.
Из этого опыта можно еще сделать заключение, что удары по маг-
ниту, а также нагревание и прочие действия, нарушающие строение ато-
мов в магните, способствуют ослаблению или даже исчезновению его маг-
нитных свойств. Опыт подтверждает это заключение.
ГЛАВА VII. •
*	ЭЛЕКТГОМАГНПТИЗМ.
§ 57. Преобразование электрической энергии в магнитную.
Электрический ток и магнитизм являются совершенно самостоятель-
ными видами проявления энергии. Но подобно тому, как проявление ме-
ханической энергии сопровождается явлениями тепловыми, так во всех
случаях существования электрического тока ему сопутствуют магнитные
явления.
В эгих случаях имеет место преобразование одного вида энергии в
другой. Выше указывалось, что электрический ток нагревает проводник.
Была установлена зависимость между количеством произведенной током
работы и числом выделившихся при этом калорий (§ 34). Электрическая
энергия преобразовывается в тепловую энергию. Но опыты показывают,
что такое преобразование энергии происходит во вторую, так сказать,
очередь. В первые мгновения появления тока в провод-
нике происходит преобразование электрической энер-
гии в энергию магнитную.
В течение всего времени существования тока проявляются магнитные
свойства вокруг проводника с током. На поддержание этих магнитных
свойств однако электрическая энергия не расходуется; это происходит
только в первый момент, в дальнейшем же электрическая энергия видо-
изменяется в тепловую, т. е. расходуется на нагревание проводника.
§ 58. Магнитное поло вокруг линейного проводника.
Вокруг проводника с током проявляются магнитные свойства, которые
можно рассматривать как образование магнитных силовых линий вокруг
каждой точки проводника.
Подобно расходящимся волновым кругам на воде от брошенного в
нее камня располагаются вокруг провода с током силовые линии (фиг. 39).
50
г вокупность силовых линии вокруг проводника с током составляет
„ил / поле, по своим свойствам не отличающееся от поля постоян-
^гоЯмагНИТа-
И° Пписутствие электромагнитного поля легко обнаруживается помощью
редки (компаса), поднесенной к проводнику с током.
Проводник, несущий ток СитЬые
линии
: М‘!  —	“ \\'М/
—-^Л.Сило6 '/*У‘ / \> \‘у '<у '<> ’<// *•>
'---- линии
Вид левого конца	Вид правого конца
Фиг. 39. Силовые линии вокруг линейного проводника.
Когда тока в проводнике нет, стрелка займет свое обычное поло-
жение и расположится своим северным полюсом в направлении географи-
ческого полюса (фиг. 40, 1). По лишь по проводу потечет ток, стрелка
отклонится и займет положение, перпендикулярное к проводнику (фиг. 40,77);
при перемене направления то-
ка в проводнике стрелка изме-
нит свое положение и займет
указанное на фиг. 40,777.
§ 59. Определение направле-
ния силовых лпнпй. Правило
буравчика.
Электромагнитным силовым
линиям, так же как и магнит- фИГ< 40. Отклонение магнитной стрелки сило-
вым, приписывается Опреде- выми магнитными линиями, созданными током,
ленное направление. По тому,
что стрелка компаса поворачивается на 1Ь0° при перемене направления
тока, можно судить, что направление силовых линий зависит
от направления тока.
Условились считать, что электромагнитные силовые
линии направлены туда, куда вращается рукоятка бурав-
чика, мысленно ввинчиваемого в торец проводника по
направлению тока в нем.
Такой способ определения направления силовых линий носит назва-
ние правила буравчика или штопора.
На фиг. 39 изображен торец провода, пунктиром нанесены силовые
линии. Крестиком на торце изображено оперение стрелки, летящей от
читателя. Стрелка изображает направление тока в проводнике. Таким
образом на фиг. 39 (первая слева), ток изображен текущим от читателя
за плоскость рисунка. Буравчик в этом случае мысленно ввинчивается по
направлению тока в плоскость рисунка. Направление вращения рукоятке
буравчика указывгег направление силовых линий, обозначенное стрелкам»
на пунктирных линиях.
На той же фигуре справа на торце провода стоит точка — это острие
стрелки, летящей на читателя и указывающей направление тока из-за
51
плоскости рисунка. Буравчик в этом случае ввинчивается из-за плоско-
сти рисунка. Пунктирные стрелки указывают направление силовых линий
электромагнитного поля.
§ 60. Определение направления тона помощью компаса.
По отклонению стрелки компаса под действием электромагнитных
линии можно определить направление тока в проводнике. Необхогимо
только уметь правильно применить правило буравчика и иметь в виду,
что рукоятка буравчика при вращении как бы ударяет
по северному полюсу стрелки компаса. Так, если располо-,
жить провод с севера (географического) на юг, а стрелку компаса поме-
стить под провод параллельно ему, то при появлении тока в проводе,
если стрелка отклонится к западу (рукоятка ввинчиваемого в торец про-
вода буравчика бьет по северному полюсу стрелки), ток течет по про
воду на север (географический); если же стрелка отклонится к востоку,
то ток течет к югу. При помещении стрелки над проводом направление
тока при разных отклонениях стрелки будет как раз обратным описанному.,
§61. Взаимодействие токов.
Два параллельных линейных проводника, несущих токи одного и того
же направления, стремятся сблизиться. В случае существования
Фиг. 41. Счловые линии неоди-
накового направления притяги-
ваются.
в них токов разного направления, про-
водники стремятся удалиться друг
от друга.
Эю явление основано на взаимодей-
ствии между собой магнитных силовых
линий. Па фиг. 41 изображены два по-
стоянных полосовых магнита, обращен-
ных друг к другу разноименными полю-
сами. Из опыта известно, что таким обра-
зом расположенные магниты стараются
сблизиться. Если обратить внимание на направление силовых линий полей
обоих^магнитов именно там, где они направлены почти параллельно одна
другой, то будет ясно, что силовые линии
Фиг. 42. Проводники притягива-
ются друг к другу при одинаковом
направлении тока в них.
Фиг. 43. Проводники отталкивают-
ся друг от друга при противопо-
ложных направлениях тока в них.
Если при таком направлении силовых линий обоих магнитов сами
магниты стремятся сблизиться, то можно вывести заключение, что сбли-
52
магнитов обусловливается различным направле-
нием силовых линий.
Н Обритая внимание на фиг. 42, можно заметить, что между проводами
К1ромагнитные силовые линии имеют различное направление. По ана-
ЭЛе .п чаключасм, что провода должны стремиться сблизиться. Опыт под-
ЛОГИН о<*	~
тверждает это заключение.
Па фиг. 43 изображ ны параллельно проводники с противоположными
правлениями тока в них. Между проводами силовые линии имеют оди-
Ваковое направление. Опыт показывает, что провода стараются оттолк-
нуться ДРУГ от
друга.
Па фиг. 44
силовые линии
Фиг. 44. Магнитное поле витка с током.
§ 62.	Магнитное поле витка с током.
изображена петля, по которой течет ток. В этом случае
располагаются вокруг каждой точки провода концентри-
чески'111 кругами, как и в случае линейного проводника. Разница заклю-
чается только в том, что силовые ли-
нии входят внутрь петли с одной ее
стогоны и выходят с другой.
Раз силовые линии входят с одной
стороны в петлю и выходят с другой,
то петлю можно сравнить с магнитом,
из одного полюса (2V) которого сило-
вые линии как бы выходят, а в дру-
гой полюс (S) входят. Если принять
это сравнение, то одну сторону петли,
именно ту, из кот рой выходят сило-
вые линии, можно назвать северной
стороной или северным ее полюсом,
а другую — южным полюсом.
В действительности и наблюдается
с током па отклонение стрелки компаса, поднесенного к петле.
влияние сторон петли или витка
§ 63.	Соленоид.
Провод, свитый в спираль, по которой течет ток, называется со-
леноидом.
Силовые линии, образуемые каждым витком соленоида, окружают не
только одни данный виток, но проходят сквозь все витки и окружают
II
*	Фпг. 45. Спектры соленоида.	«
- «ЛД
их. Чем ближе будут витки расположены друг к другу и чем больше
будет витков, тем большее количество линпй_будут пронизывать в окру-
53
жать соленоид. Магнитное поле будет сильнее у соленоида, изображен
ного на рис. Ц, чем у соленоида на рис. I (фиг. 45), так как витки
второго расположены ближе друг к другу.
§ 64.	Правило правой руки.
Соленоид обладает всеми свойствами постоянного
магнита, а
следова
тельно и полюсами. Для определения полюсов соленоида удобно пользо
ваться правилом правой руки: нужно охва
тить соленоид ладонью правой руки (фиг. 4(j
так, чтобы согнутые пальцы указывали на
правление тока в витках, тогда отогнуты
большой палец будет указывать на север (N)
Для применения этого правила нужно кс
вечно знать направление тока.
Определить полюсы у соленоида можно
еще таким способом: если смотреть в тс
рец соленоида, т. е. па плоскость витков,
если ток в витках идет по направлению ча
совой стрелки, то конец соленоида, обра
щенный к наблюдателю, будет южным (Л
N
Большой
палец
Правая
Фиг. 46. Правило правой ла-
дони; большой палец указы-
вает на север.
Направление
тока
полюсом, если же ток идет против движения стрелки часов, то
соленоида будет северным его полюсом.
конец
§ 65.	Электромагнит.
Соленопд со вставленным
сердечником, становится
электромагнита, по сравнению с соленоидом, значительно увеличиваются
Это происходит потому, что железо является наиболее легко проницае
мой средой для силовых линий. В железе сердечника магнитное поле
сгущается, и сердечник превращается в магнит.
Электромагнитами пользуются в самых разнообразных областях электро
техники. Они применяются в динамомашинах, в подъемниках для пере
носа тяжелых кусков железа, стали и чугуна, в измерительных приборах
разного рода выключателях тока, регулирующих приборах и пр.
в него железным стержнем, называемым
электромагнитом. Магнитные свойства
§ 66.	Сила магнитного поля.
Определяя магнитное поле как часть пространства, в котором действуют
магнитные силы, необходимо ввести, так сказать, его количественное
определение. Последним принята величина, носящая название силы маг
нитного поля или напряжения пли напряженности магнитного поля.
Силой поля в данной его точке называют ту силу, которую испыты
вает северный магнитный полюс, обладающий единицей количества магни
тизма 1 и помещенный в этой точке.
Если сила, испытываемая единичным магнитным полюсом, равна одной
дине, то сила поля равна единице. В этом случае считают, чго на 1 см2
поверхности поля, перпендикулярной направлению силовых линий, при
ходится одна силовая линия.
1 Такой по-шс называют .единичным полюсом'-.
54
Фиг. 48. Кривые магнитной проницаемости в
виснмости от плотности поля.
Отсюда вытекает возможность измерения силы поля числом силовых
лиПвв, приходящихся на 1 см2 сечения поля.
Сила поля может быть вычислена, если известно, во-первых, общее
ч0Сло силовых линий магнитного потока в данном месте, т. е. магнитный
поток и, во-вторых, площадь, прони-
зываемая этими силовыми линиями.
Сила поля:
Ц = силовых линий (на см2),
отсюда;
Ф — H-S силовых линий
и
S = * см2,
и
Необходимо иметь в виду, что си-
ла поля не есть величин^ достоянная
для данного магнитного поля; она изменяется в зависимости от среды,
в которой распространены силовые линии, и от места, где производится
измерение плотности. В сердечнике электромагнита сила поля будет
больше, чем в воздухе,
окружающем магнит. Здесь
сказывается магнитная про-
ницаемость. Магнитная про-
ницаемость измеряется от-
ношением, показывающим
во сколько раз сила поля
в данном материале (же-
лезе, стали, чугуне) больше,
чем в воздухе при тех же
условиях. Сила поля внутри
сердечника называется ма-
гнитной индукцией.
Представим себе соле-
ноид без сердечника, согну-
тый в кольцо (фиг.47). Если
по виткам пропустить ток,
например силой в 5 А, то
внутри витков создается
магнитное поле, силу кото-
рого обозначим через Н.
Если в соленоид вставлен
железный сердечник (фиг.
47, 1Г), то сила поля в нем
будет во много раз больше.
Обозначим ее буквой В.
Отношением В к Н и измеряется магнитная проницаемость. Она обозна-
чается обыкновенно буквой р (читается »мю*).
В
откуда
В = рН.
Магнитная проницаемость воздуха принимается за единицу. Практически
55
такова же проницаемость всех немагнитных материалов — меди, алюминия,
стекла и пр. Магнитная проницаемость железа, стали и пр. в несколько
тысяч раз больше проницаемости воздуха. Проницаемость магнитных
материалов не остается постоянной, а меняется с плотностью потока.
Па фиг. 48 показаны кривые проницаемости в зависимости от плотности В.
Таким образом в намагниченном до насыщения сердечнике новым сило-
вым линиям уже .негде" поместиться.
§ 67.	Ампер-витки.
На образование магнитного поля электромагнита затрачивается элек-
трическая энергия. Чем больше энергии будет тратиться, тем интенсивнее
будет магнитное поле, тем сила его больше для данного сердечника.
Электрическая энергия проявляется в виде электрического тока. Чем
больше сила тока, проходящего по виткам электромагнита, тем
больше сила магнитного поля.
Но последняя зависит не только от силы проходящего по виткам
тока, но, как показывает опыт, и от числа витков соленоида. Таким
образом для данного сердечника сила магнитного поля пропорциональна,
во-первых, сило тока (в амперах), текущего по виткам, и, во-вторых,
числу витков соленоидт. Сопротивление проводника и напряжение тока
имеют только косвенное влияние на магнитное иоле.
Величина магнитного потока данного электромагнита не будет меняться
при изменении силы тока и числа витков, если только произведе-
ние из числа ампер на число витков останется прежне е.
Произведение числа ампер, измеряющих силу тока
электромагнита, на число витков его обмотки назы-
вается числом ампе p-в и т к о в (обозначается iw).
Чем больше сжаты витки (§ 63), т. е. чем больше витков приходится
на единицу длины (1 см) соленоида, тем сила поля больше. Таким
образом число ампер-витков, приходящихся на 1 см длины
электромагнита, характеризует создаваемое им магнит-
ное поле.
Пример. Если ток в 10 А течет по 5 виткам соленоида (или элек-
тромагнита), то магнитное поле создается 50 ампер-витками (5 вит-
ков-10 А =50 ампер-виткам). Совершенно такое же магнитное поле
будет создано соленоидом в 10 витков прп силе тока в 5 А (5 А -10 вит-
ков = 50 ампер-виткам) или соленоидом в 25 витков при силе тока в 2 А
(25 витков-2 А = 50 ампер-виткам),
Приведенный пример остается в силе для электромагнитов с одинако-
выми геометрическими размерами и материалом сердечников.
Выше указывалось, что при намагничивании куска железа пли стали
(сердечника электромагнита) наступает такой момент, когда магнитные
свойства сердечника больше не возрастают. Говорят, чю сердечник
намагничен до насыщения. Перейти это состоявие насыщения никаким
увеличением числа ампер-витков невозможно. Таким образом указанная
выше пропорциональность магнитного состояния электромагнита числу
ампер-витков его простирается лишь до состояния насыщения.
§ 68.	Остаточный магнитная.
Если прорвать ток в витках электромагнита, то оказывается, что
сердечник не вполне теряет магнитные свойства, т. е. пе совсем размаг-
ничивается.
56
Магнитное состояние, сохраняющееся в сердечнике,
иОсле того как намагничивание прекратилось (число
а м п е p-в итков стало равно 0), называется остаточным
лагнитизмом.
Если бы понадобилось перемагнитить сердечник электромагнита, т. е.
образовать N полюс там, где до сих пор был S полюс, то для этого
понадобилось бы прервать ток, а затем включить его снова, но так, чтобы
направление его было противоположно первоначальному. Опыт показы-
вает, что для перемагничивания сердечника требуется
некоторая дополнительная энергия. Дополнительная энергия
тока расходуется на то, чтобы уничтожить остаточный магнитизм сер-
дечника, т. е. чтобы привести атомы магнита в беспорядочное сосюянпо.
Величина этой дополнительной энергии зависит от свойства ма-
териала сердечника, от того, насколько прочно сохраняется в сер-
дечнике остаточный магнетизм.
§ 69.	Гистерезис.
То обстоятельство, что магнитное состояние сердечника не следует
точно за намагничивающей силой, а как бы отстает от нее, называется
гистерезисом.
Таким образом дополнительная энергия, потребная при перемагничи-
вании сердечника, зависит от его гистерезиса.
Гистерезис можно объяснить себе трением между атомами-магнитами.
Чем трение больше, тем гистерезис больше, тем больше электрической
энергии должно быть затрачено на преодоление этого трения. Отсюда
видно, что гистерезис зависит от свойств материала.
Гистерезис твердого железа больше, чем мягкого; гистерезис стали
больше 1И(терезиса железа.
Например на изменение магнитного состояния стали нужно затратить
большее количество энергии, чем для такого же по объему куска
железа.
Гистерезис материалов сказывается не только при перемагничивании,
а также при намагничивании, т. е. при всяком изменении магнитного
с.стояния материала.
Вслетствие гистерезиса сталь труднее поддается намагничиванию, чем
железо, но зато и труднее размагничивается.
Итак остаточный магнитизм есть следствие гистере-
зиса. Остаточный магнитизм стали достигает 70—80%.
Способностью магнитных тел сохранять магнитные свойства пользуются
Аля создания постоянных магнитов. Материалом для изготовления по-
стоянных магнитов служит сталь. Для придания ей большей твердости
она подвергается еще и термической обработке — закалке и отпуску.
Приготовленный таким образом кусок стали обматывается проводом, ио
которому пропускается ток, или вставляется в виде сердечника в гото-
вый соленоид.
§ 70.	Кривая намагничения.
О свойстве магнитного материала судят по кривой намагничения.
Положим, имеется цилинтричес’-ий кусок железа, обмотанный изолиро-
ванным проводом. Прп пропускании тока по проводу железо наыагни-
£7
чгвается. Пусть имеются все приборы, необходимые для измерения
силы тока и магнитного состояния сердечника, например в единицах
плотности поля. Пусть процесс намагничения железа начинается от
немагнитного состояния и постепенным увеличением силы тока железо
доводится до состояния насыщения.
Если результаты наблюдений за магнитным состоянием сердечника
и силой тока наносить на оси координат, то получим некоторую кри-
вую; пусть по оси абсцисс отложено число ампер-внтков (iw), а по оси
ординат—плотность потока В, выраженная числом силовых линий сквозь
1 см2 площади поперечного сечения сердечника (фиг. 49).
Процесс намагничения от 0 до насыщения изобразится кривом Оси
Если начать уменьшать силу тока, то железо начнет размагничиваться,
но ординаты В кривой ab будут больше ординат кривой Оа. Это зна-
чит, что при намагничении при iw например равном 20, плотность
потока была 5000 силовых линии, а при размагничении при тех же
20 iw плотность достигает 12 000 силовых линий. Когда сила тока бу-
дет равна нулю, В будет иметь значительную величину. Эта орди-
ната, равная отрезку ОЬ (фиг. 49), даст величину остаточного
магнитизма. Чтобы размагнитить сердечник, приходится пускать ток
по обмотке в обратном направлении. Число ампер-витков надо отклады-
вать теперь влево от начала координат. Магнитное состояние железа
исчезнет, т. е. В будет равно нулю при некотором отрицательном значении iw.
Если продолжать процесс дальше, то начнется намагничение железа
в обратном направлении. Кривая этого процесса будет направлена вниз.
Наступит новое насыщение, после чего начнется опять размагниченно
и т. д. Таким образом получится полная замкнутая кривая (фиг. 49),
называемая кривой циклического намагничения или петлей гистерезиса.
§ 71.	Понятие об амперметре.
Для измерения силы тока в цепях применяется прибор, называемый
амперметром. Из существующих типов амперметров рассмотрим
58
Фиг. 50. Схема а» перметра
тдпа Депре.
устройство прибора, магнитно-электрической системы для измерения силы
постоянного тока (фиг. 50).
Амперметр типа Депре состоит из дугообразного постояннного магнита,
между полюсами которого помещается соленоид.
Соленоид имеет форму прямоугольной рамки, которая укреплена на
остриях так, что она может поворачиваться на некоторый угол.
При поворачивании рамка закручивает две спиральные пружины (во-
лоски), через которые в соленоид поступает ток. Поворачивание рамки
происходит благодаря тому, что при течении
по ней тока вокруг нее создается магнитное
поле. Последнее взаимодействует с полем
дугообразного магнита.
Спиральные пружины, закручиваясь, пре-
пятствуют поворачиванию рамки. Чем сильнее
ток, тем на больший угол повернется рам га.
Между зажимами, параллельно обмотке
катушки, включен шунт III (шунт — парал-
лельно чему-нибудь включенный проводник),
сопротивление которого очень невелико. Изме-
ряемый ток на зажиме (-{-) разветвляется:
большая его часть идет по шунту, ничтожная
часть идет в соленоид.
Пз рисунка видно, что ток в соленоиде
создает N в верхнем его конце, как раз на-
ходящемся вблизи южного полюса постоянного
магнита. Полюсы будут стараться притянуться
друг к другу, что вызовет поворот соленоида
на его оси, вместе со стрелкой, по часовой стрелке. Спиральная пружина
при этом будет закручиваться. Угол поворота соленоида со стрелкой,
будет пропорционален силе тока в соленоиде. Шунт устроен с той целью,
чтобы в соленоид шел ток малой силы; соленоид из тонкого провода с сра-
внительно значительным сопротивлением получается легкий и подвижный.
производится по схеме
R
•-----\\NWV
Фнг. 51- Схема включения
прибора для градуировки
амперметра Л2.
§ 72.	Градуировка амперметра.
Нанесение делений па шкалу приборе, т. е. градуировка прибора,
фиг. 51. В цепь генератора Г вквючаются;,
1) амперметр — эталон At (готовый проверен-
ный амперметр); 2) реостат /? и 3) градуиру-
емый амперметр А2. Все приборы включены
в цепь последовательно.
Регулируя реостатом сопротивление цепи,
добиваются того, что стрелка амперметра-эта-
лона устанавливается на каком-нибудь делении
ш^алы, например на 1 А. Стрелка испытуе-
мого прибора отклоняется от первоначального
положения на какой-то угол; место шкалы, на
которое указывает эта стрелка, помечается
точкой или черточкой с обозначением 1 А.
Уменьшением сопротивления цепи помощью реостата увеличивают силу
тока и согласно указанию эталона размечают шка лу градируемого ампер-
метра.
59
§ 73.	Амперметр Вестопа.
Амперметр Вестона, применяемый в системе зажигания Делько для
авиационных двигателей, имеет двухстороннюю шкалу с нулевым деле-
нием посредине (фиг. 52). Он состоит из кольцеобрашого постоянного
магнита М и электромагнита Л, укрепленных неподвижно. Два провод-
ника rt и г2, включенные параллельно друг др}гу, между двумя зажи-
мами I и II образуют обмотку неподвижного электромагнита Л. Между
полюсами помещается эллипс Э из мягкого железа с укрепленной на
нем стрелкой Л. Эллипс со стрелкой может поворачивался на неболь-
шой угол в обе стороны вокруг оси. Между зажимами I и II включен
шунт, не показанный на фиг. 52. В нерабочем состоянии стрелка стоит
вертикально, указывая на нуль шкалы; большая ось эллипса расположена
горизонтально (фиг. 52). При направлении тока, указанном сделками
а, а (фиг. 53), т, е. от зажима I к зажиму И, ток сообщает сердечнику
Фиг. 52. Схема амперметра Вестоиа. Фиг. 53. Амперметр Вестона. Ток напра-
влен от зажима I к зажиму II.
электромагнита полюсность S' п N'. Равнодействующий поток двух пар
полюсов N и S — постоянного магнита н N' и — электромагнита за-
ставляет эллипс отклониться от горизонтального положения так, чтобы
его большая ось совпала с направлением равнодействующего потока. Стрелка
при этом отклонится влево (фиг. 53). При направлении тока от зажима II
к зажиму I (фиг. 54) эллипс и стрелка отклоняется в обратною сторону
согласно изменению направления равнодействующего потока.
Оба описанные амперметра служат для измерения силы только
постоянного тока, причем последний указывает и его направление.
§ 74.	Вольтметры.
*
Вольтметр служит для измерения разности потенциалов между двумя
точками цепи или, что то же, падения напряжения между ними. Устрой-
ство вольтметра схоже с устройством амперметра, за исключением того,
что вольтметр нс имеет шунта. Кроме того последовательно соле-
ноиду в вольтметре включено большое сопротивление, заранее известное,
60
Дчя градуирования вольтметра параллельно цепи генератора вклю-
чается градуируемый вольтметр, а последовательно ему—точный ампер-
метр.
Изменяя каким-либо способом напряжение па зажимах генератора,
отмечыот силу тока, указываемую амперметром.
Положим, что сила тока г в цепи вольтметра установилась в 0,01 А.
В соленоиде вольтметра очевидно сила тока та же, что и в амперметре,
стрелка вольтметра отклонилась на какой-то угол. Зная сопротивле-
ние г вольтметра и силу тока г в его соленоиде, можно по закону Ома
вычислить падение напряжения е в
тивлением амперметра и подво-
дящих ток проводов):
е = i  г.
Предположим, что сопротивле-
ние вольтметра г равно 1000 2.
Тогда при г—0,01 А имеем паде-
ние напряжения в цепи:
6 = 0.01-1000 = 10 V.
Против точки, указываемой
стрелкой вольтметра, ставят 10Д7.
Увеличивая силу тока в цепи
вольтметра изменением напряже-
ния генератора и вычисляя по
формуле Ома падение напряже-
ния в цепи вольтметра, получаем
дальнейшие точки на шкале гра-
дуируемого вольтметра.
Показания вольтметра
цепи вольтметра (пренебрегая сонро-
Фпг. 54. Амперметр Вестона. Ток напра-
влен от зажима II к зажиму I.
дают величину падения напряжения в цепи вольтметра,
т. е. между точками, к которым он подключен.
Необходимо подчеркнуть, что разница в способах включения в цепь
амперметра и вольтметра заключается в том, что амперметр вклю-
чается последовательно, а вольтметр параллельно той
цепи, падение напряжения в которой требуется измерить.
ГЛАВА VIII.
ПОЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ЗА СЧЕТ
XIIМ И Ч ЕС КО Й. А К КУ А1У Л ЯТОРЫ.
' § 75. ЭДС контакта.
При соприкосновении друг с другом двух разнородных металлов
между ними возникает разность потенциалов, называемая ЭДС кон-
такта. Если соединить друг с другом например цинк и медь так, как
изображено на фиг. 55, то в том месте, где металлы соприкасаются,
возникает некоторое напряжение. Значение этой разности потенциалов
ничтожно, тем не менее место соприкосновения обоих металлов является
как бы генератором; между поверхностями обоих металлов специальными
опытами можно обнаружить разность потенциалов.
61
§ /6. Ряд Вольты.
Фиг. 55. ЭДС кон-
такта.
Сравнением между собой ЭДС контакта различных металлов можно
составить из металлов ряд, который назван рядом Вольты, по
имени физика XVIII в., впервые обратившего внимание на ЭДС кон-
такта. Ряд этот следующий:
(+) цинк, свинец, олово, железо, медь, серебро, зо-
лото, платина ( —).
В настоящее время ряд Вольты значительно дополнен.
Чем дальше друг ст друга отстоят в ряду металлы, тем большую
разность потенциалов можно получить при их соприкосновении. Например
ЭДС контакта пары цинк — золото больше ЭДС пары
железо — серебро.
Каждая соприкасающаяся пара металлов дает всегда
одну и ту же ЭДС контакта (если не учитывать
некоторых побочных условий, как например характера
соприкасающихся поверхностей). Следовательно зна-
чение ЭДС контакта зависит только от материалов,
составляющих пару.
Возникновение разности потенциалов между сопри-
касающимися металлами с точки зрения электронной
теории объясняется следующим образом: тела обла-
дают свойством отдавать часть своих электронов те-
лам, с которыми они соприкасаются. Так цинк отдает свои электроны меди.
В атомах меди получаегся избыток электронов за счет недостачи их
в атомах ринка.
Но тела с избытком электронов названы телами, наэлектризованными
отрицательно (§ 9), а тела, потерявшие электроны, — наэлектризован-
ными положительно. Таким образом медь при соприкосновении с цинком
электризуется отрицательно, а цинк—положительно.
Вообще тот из пары металлов, который стоит в ряду
Вольты ближе к началу, электризуется положительно,
другой — отрицательно; например в паре медь —
золото медь электризуется положительно, золото —
отрицательно. Другими словами, металлы, стоящие
в ряду в начале, отдают свои электроны металлам,
стоящим после них.
Если место соприкосновения двух разнородных
металлов подогревать, т. е. подводить к нему тепло-
вую энергию (фиг. 56), то в железпой проволоке
появится уже ощутимый ток, называемый термотоком.
Наиболее выгодной и дешевой парой из найденных сейчас является
пара медь — константан. ЭДС контакта этой пары при температуре места
спая их в 500° составляет 0,026 V. Но и такая разность потенциалов
может создать ток силой в несколько десятков ампер, стоит только
иметь в виду закон Ома для цепи гi = , и сделать достаточно малым
сопротивление цепи г.
Значение ЭДС контакта, развиваемой при нагреве места соприкосно-
вения двух разнородных металлов, пропорционально разно ;ти температур
контакта и остальной цепи. Чем больше эта разность, тем больше зна-
чение ЭДС, тем больше при прочих равных условиях сила тока в цепи.
62
faKiiM образом для получения реально ощутимой электрической энергий
путем соприкосновения разнородных металлов к месту спая их
должна быть подведена энергия извне.
§ 77. ЭДС контакта между металлами и раствором соли.
Фиг. 57. ЭДС кон-
такта между ме-
таллами п раство-
ром солей.
По оказывается, что не только соприкосновение двух разнородных
металлов создает ЭДС контакта; последняя может быть получена при
соприкосновении металла с жидкостью (фиг. 57).
Если, далее, концы двух разнородных металлов погрузить в раствор
какой-нибудь соли, 1 то взаимодействие между металлами и раствором
соли становится настолько значительным, что ЭДС контакта достигает
одного вольта и более.
Если металлы, погруженные в раствор соли, соединить проводом,
то в проводе появится ток. Электрическая энергия в виде тока в про-
воде есть следствие трения отрицательного электрода, обычно цинкового.
Действительно при этом происходит расход как раствора соли, так и ме-
талла. Химическая энергия преобразовывается в элек-
трическую, которая будет себя проявлять, пока имеется
материал для реакции. Здесь химическая энергия
играет ту же роль, что и тепловая при подогревании
соприкасающихся разнородных металлов.
ЭДС контакта между металлами и действую-
щими на них химически жидкостями (рас-
творы кислот, солей и щелочей) несравненно больше,
чем ЭДС контакта между разнородными металлами или
между металлами и жидкостями, не вступающими в
реакцию друг с другом.
Раствор, в который погружены металлы, называется
электролитом. Тела, вступающие в химическую
реакцию с электролитом, называются электродами.
Если электроды соединить проводом (внешней цепью), то в нем потечет
ток. Электрод, через который ток выходит из электролита во внешнюю
цепь, называется анодом и обозначается знаком плюс (-[-); электрод,
к которому направлен по проводу ток, называется катодом, он
обозначается знаком минус (—). Сосуд с электролитом и электродами
называется элементом.
Так как ток может поддерживаться только в замкнутой цепи, то
внутри элемента не должно быть изолятора. Проводящим телом
(проводником) внутри элемента является электролит. Таким
образом внутри элемента направленпе тока — от пластины минус (ка-
тода) к пластине плюс (аноду). Погруженные в электролит
электроды не должны в нем соприкасаться друг с дру-
гом. Путь, по которому идет ток, внутри элемента, от зажима ка-
тода (—), через электролит, к зажиму анода (-]-), называется
внутренней цепью элемента. На фиг. 58 показан элемент
с Цинковым и медным (или угольным) электродами. Цинк является ка-
тодом, медь — анодом. Элемент должен работать только тогда, когда
1 Солью в химии называется соединение, полученное например при действии
ва кислоту металлом. Металл вытесняет из кислоты водород и образует соль.
Например поваренная соль (натриевая соль) получается от действия металла
Ватрня Na на соляную кислоту НС1 (2Na + 2НС1 = 2NaCl -f- 2Н).
63
внешняя цепь замкнута; химическая реакция происходит главным обра-
зом между катодом и эл -ктролитом. Таким образом в элементе расхо-
дуется материал катода и электролит. Элемент можно сравнить с хими-
ческой печкой, в которой для получения электрической энергии сжигается
материал катода.	—
ЭДС элемента зависит от рода материалов, составляющих внутрен-
нюю ц пь его, т. е. от материала электродов и электролита. Данная
комбинация материалов дает всегда одну и ту же ЭДС.
Пи объем элемента, ни размеры поверхности электродных пластин, ни
расстояние между ними нс влияют на значение ЭДС, развиваемой эле-
ментом. Эти величины определяют внут-
реннее сопротивление элемента и лишь
постольку влияют на разность потенциа-
лов (напряжение) между зажимами эле-
мента.
§ 78. Электролиз.
Известно, что вода является очень
плохим проводником. Па фиг. 59 изобра-
жен сосуд в виде трубки с загнутыми
концами. Сечение трубки 1 см2 при дли-
не в 10 см. Л и Я—два металлических
электрода. Трубка наполнена дестнллиро-
ванной водой. При напряжении между
зажимами генератора Г в 220 V ампер-
метр А обнаруживает т к Силой, не пре-
прибавить к воде например 5% но весу
!Т КП
Направление Внутр цепь

Катод или отриц. Анод или полой
электрод (цинк) электрод (медь)
Фиг. 58. Гальванический элемент.
к
Фиг. 59. Схема цепи
для электролиза.
220V
вышающей 0,0002 А. Если же
поваренной соли (NaCI)— то раствор станет проводить ток гораздо лучше.
Амперметр отметит ток до 1,5 А. Прохождение тока через раствор сопро-
вождается выделением на электродах составных частей раствора. Одна
часть выделяется па том электроде, через который
ток входит в жидкость, а другая — на том, через
который ток из жидкости выходит. Явление это
называется электролизом. При электролизе
жидкий проводник попрежнему называется электро-
литом. Оба электрода сохраняют свои названия:
ток входит в электролит через анод и выходит из
него через катод. В примере с поваренной солью
на катоде выделяется одна составная часть соли,
именно металл натрий (Na), на аноде — другая
часть — газ хлор (С1). Таким образом молекула поваренной соли рас-
палась на две составные части — на металл натрий и на газ хлор.
Эти составные части называются ионами. Молекула соли была электри-
чески нейтральной, но когда она распалась на две части, то эти части,
ионы, оказались заряженными, т. е. наэлектризованными. Ион металла
натрия электризован положительно, а ион хлора—отрицательно. Когда
произошлг эта электризация или распадение молекулы соли? Оказы-
вается, что ато случидось еще при составлении раствора. Электриче-
ский же ток, пропущенный через эдектролит, обнаружил это явление,
выделив ионы на электродах. Распадение молекул раствора на ионы
называется электролитической диссоциацией. Этим объясняется проводи-
мость водных растворов солей.
ед
На фиг. 60 показан прибор для электролиза серной кислоты. Он со-
стоит из стеклянного сосуда, укрепленного на стойке; через дно сосуда
проходят два провода а и А, соединенные с зажимами какого-либо мало-
вольтного генератора постоянного тока. Два стеклянных колокола Н и О
наполнены, как и сосуд, раствором серной кислоты и укреплены на той же
стойке. При пропускании тока на пластинке, соединенной с проводом а,
служащей анодом, появляется кислород, а на пластинке, соединенной
с проводом k, — водород. Оба газа собираются в верхних частях коло-
колов, вытесняя оттуда жидкость, причем водорода в колоколе Н полу-
чится по объему в два раза больше, чем кислорода в колоколе О.
В этом опыте серная кислота разлагается на водород и некоторый кислотный
остаток. Водород под действием тока выделяется на катоде, а кислотный остаток—
на аноде. Здесь ои вступает в новую реакцию (вторичную) с водой, отнимает
от воды ее водород и образует опять серную кислоту, а оставшийся от воды
кислород выделяется на аноде. Количество серной кислоты остается неизменным,
а количество воды уменьшается, отчего раствор делается
крепче.
Подобный же процесс произошел бы, если бы через
электролит, состоящий из раствора например медного
купороса, пропустить ток. Из медного купороса стала бы
выделяться медь на катоде, а на аноде выделялся бы
кислород, в случае, если электроды будут платиновые.
Металлы и водород при электролизе вы-
деляются на том электроде, к которому
направлен ток в электролите, т. е. на ка-
тоде.
На химическом языке реакция разложения серной ки-
слоты представляется следующим образом:
H2SO*=H2 + SO*
серн, кислот, водород кислотный
остаток,
а вторичная реакция:
2Н2О + 2S0* = 2H2S0* + О2
вода кислотный сервал кислород
остаток кислота
Фиг. 60. Прибор
для электролиза
серной кислоты.
§ 79. Электрохимический эквивалент.
Опытным путем установлен следующий закон электролиза (Фарадей): коли-
чества веществ, отложившихся на электродах, пропорциональны количеству элек-
тричества, протекшего в цепи. Количество электричества измеряется кулонами.
Так как кулоны = амперы X секунды, то колвчество отложившегося на катоде
вещества (например меди) пропорционально силе тока i (в амперах), умноженной
на время t.
Математически закон Фарадея выражается:
q = ait,
где q—количество вещества, выделившегося на электроде, i — сила тока, t—время
течения тока и а—величина, зависящая от рода выделившегося тела, при i = 1
и t = 1, получается:
т. е. а измеряется количеством выделившегося вещества при силе тока в 1 А
в течение 1 сек. Величина а называется электрохимическим эквива-
лентом данного тела; для меди а — 0,329 мг, для серебра а = 1,118 ма. Это
значит, что ток силой в 1 А в течение 1 сек. выделяет на катоде 0,329 ме меди
5 Ю. Е. Кедрин.	65
из раствора медного купороса, а из раствора ляписа (азотно-серебряная соль
AgNO2) — ток в 1 А за 1 сек. выделит 1,118 мг серебра.
Пр и м е р. Путем двукратного тщательного взвешивания катодной пластинки
до опыта и после него выяснилось, что катодная пластинка стала тяжелее на 0,15 г
причем ток пропускался через раствор ляписа и длился 1 мин. Требуется опре-
делить силу тока.
Решение: Из формулы закона Фарадея q = a-i t определим г:
i = -^.
аЛ
так как а, в данном случае электрохимический эквивалент серебра, равен 1,118.иг,
т. е. 0,001118 г, то, подставляя в выражение для i все известные величины, имеем:
Ч -	°’15 -оз А
at 0,001118-60	'
Сила тока, выделившего указанное количество серебра, была равна 2,2 А.
За единицу силы тока как раз и выбран такой ток, кото-
рый в 1 сек. выделяет на катоде 1,118 мг серебра. Это и есть ток
в 1 А. Количество электричества, которое при этом протекает
через поперечное сечение проводника в одну секунду, на-
звано куло ном.
§ ЬО. Поляризация электродов.
Если в сосуд d (фиг. 61) с раствором серной кислоты опустить
платиновые пластины А и К,
соединенные проводами типе зажимами
источника постоянного тока, и пропустить
по цепи ток, то по описанному в § 78
произойдет выделение из электролита
газов; причем, если пластинка А соеди-
нена с плюсом источника тока, а пла-
стина К—с минусом его, то иа А бу-
дет выделяться кислород, а на К—
водород (ток в электролите направлен от
пластины А к пластине К).
После того как через некоторое время
провода тип будут отсоединены от за-
жимов генератора и замкнуты через чув-
ствительный амперметр, стрелка ампер-
существование в цепи тока. Направление
Фиг. 61.
метра отклонится и укажет
этого тока будет противоположно направлению того тока, который давал
генератор. Но в цепь не включен никакой генератор, а между тем ток
имеется. Оказывается, что прибор для электролиза серной
кислоты превратился сам в генератор. Пластины А и К
остались теми, что и были: А — анодом, т. е. плюсом ( + )> а К—като-
дом,— (—) минусом.
Явлений, при котором пластины А и К становятся
на время полюсами нового элемента — генератора, назы-
вается поляризацией электродов.
Подобное же явление можно получить с прибором, изображенным на
фиг. 60. После того как оба колокола наполнятся газом, стоит только
провода отсоединить от генератора и замкнуть, в цепи прибора и про-
водов появится ток.
Появление в цепи тока происходит так, как будто бы пластинки
под действием газов, водорода и кислорода, превра-
щаются в разнородные.
66
,, и бы электроды при электролизе не покрывались газами, то нй-
й поляризации не было бы, и прибор но превратился бы в генератор.
КаК<Г1еобхолимо иметь в виду, что прибор для электролиза серной кислоты,
воащающийся в генератор, дает ток обратного направления тому,
n₽c Р й произвел поляризацию электродов. Другими словами, направление
К°Т во всей цепи нового генератора изменилось. Если первоначально
ТО1<оавление постороннего тока в электролите прибора было от анода
Н катоду, т0 после поляризации электродов собственный ток в электро-
лите направлен от катода к аноду. Па фиг. 62,/показано направле-
ние тока в электролите прибора от постороннего генератора; фиг. 62 II
показывает направление собственного тока в цепи прибора и амперметра
после поляризации электродов.
Выше указывалось, что водород всегда выделяется на том электроде,
к которому идет ток в электролите. Раз изменилось направление тока,
то и выделение из электролита водорода происходит уже на другой элек-
тродной пластине, причем водород соединяется с кислородом, и оба элек-
трода освобождаются от газа, как говорят, деполяризуются.
Фиг. 62. I — стрелка на проводе указывает направление тока от источника тока;
II— стрелка на проводе указывает направление тока поляризации.
ЭДС такого деполяризованного элемента становится равной нулю,
и ток в его цепи прекращается. Чтобы прибор снова начал давать ток,
необходимо произвести новую поляризацию его электродов, для чего
опять через его электролит нужно пропустить ток от постороннего
генератора.
§ 81. Аккумуляторы.
На поляризации электродов элемента основано устройство особых
генераторов, называемых, аккумуляторами. В отличие от простых
элементов аккумуляторы часто называются вторичными элемен-
тами.
Наибольшее распространение получили аккумуляторы со свинцовыми
электродами.
В простом элементе, во время его работы, происходят химические
реакции, сопровождающиеся расходованием некоторых тел. Через из-
вестный промежуток времени необходимо заменить израсходованные
вещества свежими, чтобы получить дальнейшую работу элемента.
•	67
В аккумуляторе во время работы некоторые тела также расходуются, ио
для возобновления из запаса через аккумулятор достаточно пропустить
электрический ток, чтобы вызвать поляризацию его электродов. Этот
процесс называется зарядкой аккумулятора; работа аккумулятора
часто называется разрядкой его. При тщательном ухоте за аккуму-
лятором и бережном к нему отношении зарядку и разрядку его можно
производить большое число раз. Следует иметь в виду, что аккумулятор
не ;,накопляет* в себе электричества.
Когда аккумулятор заряжается, то электрическая энергия, ему сооб-
щаемая, обращается в химическую энертю, которая в потенциальном
виде и сохраняется в нем. При разряде аккумулятора, т. е. когда внеш-
няя цепь его замкнута, химическая энергия преобразовывается в элек-
трическую в виде тока.
§ 82.	Свинцовые аккумуляторы.
Наиболее пригодным материалом для электродных пластин аккуму-
лятора является свинец. Аккумуляторы со свинцовыми пластинами на-
зываются свинцовыми аккумуляторами. В качестве электролита в этих
аккумуляторах берется раствор химически чистой серной кислоты в дестил-
лированной воде. Для составления раствора нужно взять серную кислоту
удельного веса 1,84 и подливать ее тонкой струйкой в сосуд с дистил-
лированной водой. Лить воду в чистую кислоту небезопасно вследствие
бурного разбрызгивания кислоты в таких случаях. Потребное количество
кислоты, вливаемой в воду, определяется соображениями получить раствор
определенного удельного веса.
При температуре раствора в 15° Ц удельный вес электролита должен
быть в пределах 1,15—1,20. При сосгавлении раствора таким образом
необходимо пользоваться ареометром, все время справляясь с его пока-
заниями.
§ 83.	Ареометр Боме.
В качестве ареометра часто пользуются так называемым ареометром
Боме. Этот ареометр точной величины удельного веса жидкости не дает,
но- если знать, какому удельному весу в действительности соответствует
показание ареометра Бэче, т> пользование им представляет некоторые
удобства. Шкала Боме разделена на градусы. Пуль шкалы соответ-
ствует наибольшей плотности дестиллированной воды,
т. е. при температуре ее в 4° Ц. Нуль очевидно соответствует удельному
весу воды, т. е. единице. От нуля деления игут вниз, так как чем плотнее
жидкость, тем меньше погружается в нее ареометр. Требуемый удельный
вес электролита, т. е. 1,15—1,20 будет соответствовать показаниям
ареометра Боме 19—25°.
§ 84.	Таблица градусов Боме.
Сравнительная таблица градусов Боме, удельного веса и содержания
кислоты в 1 кг раствора при 15° приведена на стр. 66.
При употреблении раствора кислоты удол> ного веса больше 1250
пластины будут слишком резко реагировать с электролитом, что отразится
на их долговечности.
Сосудом для электролита и пластин для небольших аккумуляторов
68
служит стеклянная, целлулоидная или эбонитовая банка. Для крупных
аккумуляторов сосудом служит деревянный ящик, внутри выложенный
свинцом.
Градусы по Боме	Удельный вес	В 1 литре рас- твора содер- жится кислоты в килограммах	Градусы по Боме	Удельный вес	В 1 литре рас- твора содер- жится кислоты в килограммах
р*1 — о	1,	о,	22	1,180	0,289
5	1,037	0,060	23	1,190	0,307
10	1,075	0,116	24	1,200	0,325
15	1,116	0,181	25	1,210	0,344
18	1,142	0,224	26	1,220	0.161
19	1,52	0,2з9	30	1.263	0,4 8
20	1,162	О,-’58	32	1.285	0,481
21	1,171	0,273	33	1,297	0,508
§ 85.	Формование свинцовых пластин.
Свинец как материал для электродных пластин выбран, потому что,
участвуя в химической реакции с раствором серной кислоты, он очень
легко видоизменяется под влиянием выделяющихся из электролита газов,
при этом почти не расходуется, чего нельзя сказать об электродах из
иного материала.
Изготовление пластин носит название их формования. Цель фор-
мования— увеличить массу материала, участв}ющую в химической реакции.
Такая масса называется активной массой. Ч> м больше активная
масса аккумулятора, тем длительнее процесс работы его, т. е. больше
потребуется времени для того, чтобы вся активная масса химически
прореагировала с электролитом. Ио химическая реакция, происходящая
в аккумуляторе, создает энергию в виде электрического тока во внешней
его цепи. Па основании этого, чем больше активная масса аккумулятора,
тем больше, как говорят, его емкость.
Способов формовании пластин существует два: способ Планте и спо-
соб Фора.
По Планте, аккумулятор подвергают в течение многих месяцев много-
кратным зарядкам и разрядкам. Благодаря этому способу в работе
аккумулятора начинают принимать участие все более и более глубокие
слои пластин; пластины приобретают пористость или губчатое строение,
отчего активная поверхность их увеличивается, чем повышается емкость
аккумулятора.
Способ Планте вследствие своей длительности очень дорог, хотя
и дает довольно прочные пластины, что очень важно для аккумуляторов
переносного типа.
По Фору пластины изготовляются в виде рошоток, в ячейках кото-
рых укрепляются соли свинца. В ячейки продолжительных пластин вда-
вливается сурик (химическое обозначение РЬ3О4), а в отрицательные —
окись свинца (глет — РЬО). При этом способе активная масса ячеек по-
лучается сразу потребной емкости, но пластины менее прочны, чем из-
готовленные, по первому способу.
€9
В некоторых случаях (аккумуляторы Тюдора) положительные пла-
стины изготовляются длительным формованием, а отрицательные — по
Фору. В таком случае пластина плюс делается бороздчатой, а пластина
минус решетчатой (фиг. 63).
Для увеличения количества активной массы аккумулятора, т. е.
емкости, в одну банку вставляют несколько пластин. Все положительные
Фиг. 63. / — положительная пластина; // — отрицательная пластина.
Фиг. 64. Соединение
одноименных пластин
в группы.
Чтобы случайно
пластины соединяются вместе одной полосой, прикрепляемой к лапкам Л
(фиг. 63), и образуют как бы одну группу пластин с внешним зажимом.
Также поступают со всеми отрицательными пластинами, образующими
вторую группу. Лапки Л пластин и соединяющие их полосы должны быть
поверх электролита, т. е. пластины внутри электролита не
должны соприкасаться. На фиг. 64 показана банка аккумуля-
тора с двумя группами пластин.
Все положительные пластины распо-
лагаются между отрицательными. Это
делается потому, что пластины, участвуя в хими-
ческой реакции, подвержены деформациям; поло-
жительная пластина деформируется при нагревании
больше, чем отрицательная. Если же поместить пла-
стину плюс между пластинами минус, т. е. так,
чтобы она работала обеими своими сторонами,
обращенными к отрицательным пластинам, дефор-
мация положительной пластины происходит равно-
мернее, чем устраняется коробление ее.
Пластин отрицательных по этой при-
чине всегда на одну больше, чем поло-
жительных. Пластины легко отличаются по
цвету; положительная пластина имеет шоколадный
цвет, отрицательная — светлосерый.
пластины внутри электролита не прикоснулись друг
к другу и с целью воспрепятствовать выпадению активной массы из
ячеек пластин, между пластинами вставляются тонкие деревянные
перегородки. Последние предварительно кипятятся в воде с целью
удаления из них легко растворимых соединений. В некоторых аккуму-
ляторах помещают между пластинами стеклянные трубки, препятствую-
щие сближению пластин.
70
Д,ДЯум6НЬШСНИ В у xpuiiiivru СиТГрДТГИТЯГСИПЕга! tnnvj UlJUJliuyui-XX-ох V/
габарита, пластины располагают как можно ближе друг к другу. Рас-
стояние между пластинами определяется толщиной перегородок между
ними.
Дно сосуда делается ребристым; поперек ребер устанавливаются
пластины. Такое устройство предохраняет от короткого замыкания
на дне между пластинами при выкрашивании последних. Сосуды
сверху закрываются крышками из каучука или заливаются пластичной
массой.
В обоих случаях для наполнения сосудов электролитом оставляются
отверстия, закрываемые резиновыми пробками с небольшим отверстием
для выхода паров.
§ 86.	Процесс разрядки аккумулятора.
Приготовленные описанным образом (§ 85) пластины, погруженные
в сосуд с раствором серной кислоты, как указывалось, образуют две
группы. Пластины каждой группы над уровнем электролита соединены
общей свинцовой полосой, снабженной зажимом, т. е. соединены парал-
лельно. Пластины шоколадного цвета — положительные пластины (анод)—
представляют собой перекись свинца (РЬО2); другая группа пластин
серого цвета, имеющая на одну пластину больше, чем первая,—
отрицательные пластины (катод) являются чистым свинцом (РЬ). Сосуд
с двумя группами пластин и электролитом составляет один аккуму-
ляторный элемент.
В элементе получается ряд (фиг. 65): (-{-) пере-
кись свинца, раствор серной кислоты, свинец (—).
При замыкании полюсов (зажимов) аккумулятор-
ного элемента внешней цепью в ней появляется ток
от зажима ( + ) к зажиму (—). Направление
тока внутри электролита — от отрица-
тельных пластин к положительным.
Водородные ионы вступают в химическую реакцию фиг е5 ряд. / । \
с материалом положительных пластин (анодом), отнимая перекись свинца рас-
от него кислород. Соединение водорода с кислородом тв*' серИой кислоты
дает воду, а положительные пластины превращаются свинец (____).	*
в сернокислый свинец (PbS04).	'
В это же время ионы кислотного остатка электро-
лита соединяются со сзинцом отрицательных пластин, причем образуется также
сернокислый свинец.
Ток во внешней цепи есть следствие химической
реакции, происходящей внутри аккумулятора. Пока прои-
сходит реакция, — будет длиться ток.
В результате этой реакции обе группы пластин деполяризуются,
а раствор серной кислоты становится слабее. Другими словами, удельный
вес электролита уменьшается.
§ 87.	Напряжение па зажимах при разрядке.
При разрядке аккумулятора напряжение на его зажимах будет равно
ЭДС, развиваемой аккумулятором, уменьшенной на величину падения на-
пряжения внутри аккумулятора. Падение напряжения по закону Ома
71
равно произведению-си~и ока на сопротивление. Исли о означить ЭДС
аккумулятора через Е, напряжение на его зажимах через е, силу тока
в цепи через i и внутреннее сопротивление аккумулятора через г, то для
напряжения на зажимах получим выражение:
е — Е—ir.
Внутреннее сопротивление аккумулятора невелико, порядка 0,01 —
0,03 S и зависит от степени зараженности его.
Фиг. 66. Кривые разрядки (6) и зарядки (а).
На фиг. 66 кривая Ь показывает изменение напряжения на зажимах
аккумулятора при разрядке. Напряжение падает очень медленно, на что
указывает почти горизонтальный участок кривой; по истечении некоторого
времени кривая круто идет вниз. При начале разрядки напряжение на
Фиг. 67. Кривые падения напряжения акку-
мулятора в зависимости от температуры
электролита. Верхняя кригая (а) при 30’,
нижняя (6)—при 0°.
зажимах несколько выше 2 V. Чем
меньше сила тока в цепи аккуму-
лятора, тем медленнее падает на-
пряжение. Па кривую падения
напряжения при разряд е влияет
температура електролита; так при
температуре его около 30°Ц па-
дение напряжения изображено
кривой « (фиг. 67), а при 0° —
кривой Ъ (§ SO). Разряжать
аккумулятор донапряже-
ния ниже 1,8 V не допу-
скается. Образующийся при
разрядке на пластинах сернокис-
лый свинец изменяет окраску
пластин: пластины блед-
неют. При напряжении на
зажимах	ниже	1,8	V	сернокислый	свинец быстро твердеет, покры-
вая	пластины	белым	налетом.	Удаление белого налета чрезвычайно
трудно, и в большинстве случаев такие пластаны далее к работе непри-
годны.
Аккумулятор с напряжением на зажимах в 1,8 V считается разря-
женным.
72
§ 88.	Процесс зарядки аккумулятора.
Чтобы вернуть аккумулятор в прежнее состояние, его заряжают,
пропуская через него ток от постороннего источника постоянного тока
в направлении обратном тому, в котором течет ток в аккумуляторе при
его разрядке. Для этого пл к> совой зажим аккумулятора
соединяют с плюсом постороннего генератора, и цепь за-
мыкается (фиг. 73).
Под действием тока опять происходит химическая реакция, но в об-
ратном направлении.
Водородные ионы (Н2) взаимодействуют теперь с отрицательными пластинами
(с катодом) и восстанавливают их в чистый (губчатый) свинец,
образуя с кислотным остатком серную кислоту.
Ионы (SOJ кислотного остатка перемещаются к аноду, где при соединении
их с водородом воды также образуется серная кислота, а сернокислый свинец
пластин превращается в перекись свинца.
Обе группы пластин, анод п катод, под влиянием химической реакции
поляризуются, а раствор серной кислоты становится крепче, достигая
удельного веса 1,25—1,30.
§ 89.	Напряжение на зажимах при зарядке.
При зарядке аккумулятора наименьшее потребное напряжение е на
его зажимах должно быть больше э.д.с. аккумулятора на величину по-
терь внутри аккумулятора. Сохраняя обозна-
чения § 87, напряжение можно выразить:
е = Е-\-гг.
Па фиг. 66 кривая а показывает напря-
жение аккумулятора при зарядке. Вначале
оно быстро растет, затем медленнее, а под
конец кривая идет круто вверх. Напряжение
к концу зарядки достигает 2,6 V, происходит
интенсивное выделение газов на электродах,
что придает электролиту молочный цвет. Го-
ворят, аккумулятор „кипит". Необходимо сле-
дить, чтобы температура электролита во все
время зарядки не поднималась до 40°,
в противном слузае от нагревания элек-
Фиг. 68. Зависимость напря-
жения от удельного веса
электролита.
троды могут покоробиться, отчего может про-
изойти короткое замыкание между ними внутри электролита. Зарядку
в этом случае надо прервать или ослабить силу зарядного тока.
График (фиг. 68) показывает зависимость между напряжением и
Удельным весом электролита.
§ 90.	Емкость аккумулятора.
Емкостью аккумулятора называют количество электричества, которое
он сможет отдать при разряде от 2,7 до 1,3 V. Эта емкость есть
полезная емкость. Выше указывалось, что емкость аккумулятора за-
висит от количества активной массы его, вступающей в реакцию с эл₽-
73
ктролитом. Увеличение числа пластин (т. е. общей их поверхности)
соединенных параллельно в одну группу, делается с целью увеличить
активную массу его и никак не влияет на ЭДС аккумулятора. Последняя
зависит только от рода вступающих в реакцию тел.
Так как количество влектричества есть произведение числа ампер на
секунды (амперы X секунды или амперы X время, т. е. i X t), то емкость
аккумулятора может быть измерена, если известна сила тока г в цепи его
и время, в течение которого длился ток. Обозначая емкость буквой с,
получим:
с — 1-t.
Емкость выражается в ампер-часах (Ah).
Кроме поверхности пластин, на емкость влияют:
1) удельный вес электролита; с увеличением его увеличивается емкость,
но крепкий раствор вреден для пластин;
2) сила разрядного тока; с увеличением силы тока емкость умень-
шается. На фиг. 69 кривая показывает эту зависимость. При десяти-
часовой разрядке (что может быть достигнуто при малой силе разряд-
ного тока) емкость аккумулятора используется на 100%. Если аккум-
мулятор доводится до полной разрядки в течение например полутора
часов, т. е. разрядный ток в цепи поддерживается большой силы, то,
как показывает график (фиг. 69), емкость аккумулятора используется
всего на 60%;
3) расстояние между пластинами; в процессе разрядки раствор сла-
беет (§ 86) значительнее при малом расстоянии между пластинами, чем
при большом, а слабый раствор (малый
удельный вес его) уменьшает емкость;
4) температура электролита; холодный
электролит уменьшает емкость вследствие
того, что, становясь плотнее, труднее пере-
мешивается.
На паспортах, обычно имеющихся на
крышках аккумуляторов, указывается за-
водом емкость данного аккумулятора, силы
зарядного и разрядного токов и предельные
значения удельных весов электролита акку-
мулятора при полной зарядке и разрядке
его. При выполнении предписываемых дан-
Фиг. 69. При быстрой разрядке ных указанная емкость гарантируется,
емкость аккумулятора меньше.	и указывается емкость например в
30 Ah, то здесь же указывается и сила
разрядного тока — ЗА; из выражения для емкости элемента c — i-t
легко определить время разрядки током допустимой силы:
. с Зо . „
/ = = — — 10 час
’ о
При емкости в 60 Ah и при силе разрядного тока в 5 А время по-
лучится делением 60:5=12 час. Сила разрядного тока, ука-
зываемая на паспорте, откосится к десятичасовому разрядному
режиму. Меньшая сила тока аккумулятору не повредит. При емкости
в 30 Ah, если разрядный ток не превысит 1 А, время действия акку-
мулятора будет не меньше 30 час.
74
Вообще говоря десятичасовой разрядный режим считается наиболее
благоприятным. Кроме этого режима могут применяться семи- и трехча-
совой режимы, уже в значительной степени сокращающие срок службы
ккумулятора и понижающие его емкость.
§ 91. Способы соединенна элементов. Последовательное соединение.
Для совместной работы нескольких эгамонтов с целью получения
большего напряжения или емкости аккумуляторные элементы соединяют
в батареи.
Существуют три способа соединений элементов (генераторов) в бата-
реи, аналогичные способам соединения проводников: 1) последовательное,
2) параллельное и 3) смешанное, пред-
ставляющее собой соединение первых
двух способов.
Соединять элементы последовательно
выгодно в тех случаях, когда батарея
должна работать на внешнюю цепь с
большим сопротивлением, по сравнению
с ее внутренним сопротивлением. Парал-
лельное соединение элементов, наоборот,
выгодно при малых внешних сопротивле-
ниях. Смешанное соединение оказывается
выгодным при внешнем сопротивлении
цепи, по величине мало отличающимся
от внутреннего (ср. помещенный ниже пример с примером § 92).
При последовательном соединении плюс одного элемента соединяется
с минусом другого, плюс второго — с минусом третьего и т. д. (фиг. 70).
Крайние элементы будут иметь по одному свободному зажиму разно-
именных знаков (плюс и минус), к которым и присоединяется внешняя
цепь.
Внутреннее сопротивление батареи последовательно соединенных эле-
ментов во столько раз больше сопротивления одного элемента, сколько
элементов входит в батарею. При п последовательно соединенных эле-
ментах, если сопротивление каждого элемента г, общее внутреннее
сопротивление батареи можно вычислить из выражения:
R = nr (омов).
При последовательном соединении элементов в батарею возрастает и
напряжение ее по сравнению с напряжением одного элемента.
Очевидно, что ЭДС батареи из п последовательно соединенных
элементов равна ЭДС е одного элемента (в среднем 2 V), умноженной
на число п элементов, т. е.
Е = е-п (вольт).
Силу тока г от такой батареи, зная сопротивление внешней цепи 7?п,
можно определить, исходя из формулы закона Ома:
е-п	Е г ч
г = -------—г- = —г—.—- (ампер).
Кцд-(п г)	'	17
75
Пример. Какова сила тока в цепях с сопротивлением: 1) 0,1 Q
~	'	6 последовательно
V, а внутреннее
и 2) 500 Q, если цепи присос шпепы к батарее из
соединенных этементов? ЭДС каждого элемента =2
сопротивление г = 0,5 2.
Решение.
Для первой цепи:
6-2
пе
з —______________________
1	Лц-]-(7Г7) ОД+ 6-0,5
= 3,87
А.
Для второй:
г2 = „с = 0,024 А.
БОО-f-6-0,5	’
§ 92.	Параллельное соединение элементов.
При соединении элементов параллельно все положительные зажимы
(плюсы) соединяются вместе, образуя общий положительный зажим; все
минусы всех элементов соединяются также вместе и дают общий отрица-
тельный зажим (фиг. 71).
Гидравлический пример такого соединения показан на фиг. 72.
Фиг. 71. Параллельное соедине-
ние элементов.
Фиг. 72. Гидравлическая аналогия параллель-
ного соединения элементов.
Напряжение на зажимах батареи при параллельном соединении эле-
ментов равно ЭДС одного элемента. (Элементы, имеющие
неодинаковую ЭДС, не могут быть соединяемы в бата-
рею параллельно.)
Батарея из т параллельно соединенных элементов вмеет ЭДС, рав-
ную ЭДС одного элемента.
Внутреннее сопротивление батареи уменьшается пропорционально
числу включенных параллельно элементов. Внутреннее сопротивление
двух элементов, составляющих батарею, равло половине сопротивления
одного элемента. Сопротивление трех элементов равно 1/s сопротивления
одного элемента и т. д.
Вообще внутреннее сопротивление батарей (J?) из т параллельно
соединенных элементов равно внутреннему сопротивлению (г) одного
элемента, деленному на число элементов:
Соединение элементов параллельно равносильно
увеличению площади пластин одного элемента, что вле-
чет за собой увеличение ке м к о с т и.
67
Сохраняя буквенные обозначения предыдущего параграфа, можно
педелить силу тока во внешней цепи от батареи параллельно включен-
°ых элементов из выражения.
---•---А.
Л,+-
ц 1 т
Пример. Какова сила тока в цепях, имеющих сопротивления:
1)012 и 2) 500 2, присоединенных к зажимам батарей из 6 парал-
лельно соединенных элементов? Напряжение каждого элемента е = 2 V
и внутреннее сопротивление его г = 0,5 2.
Решение.
А-
в«+; °-'+«г
2) it =--- —5^ = 0.0М А.
500+^-
§ 93.	Способы распознавания полюсов аккумулятора (генератора).
Обычно полюсы аккумуляторной батареи помечаются: положитель-
ный— красным плюсом (-[-), п отрицательный — черным или синим ми-
нусом (—). В случае, если пометки отсутствуют, а встречается надоб-
ность (например при зарядке аккумулятора) определить полюсы, то
поступают следующим образом:
1.	Соединяют полюсы генератора с зажимами (не теплового) вольт-
метра, имеющего метки (-|~) и (—). Если стрелка покажет какой-нибудь
определенный вольтаж или даже отклонится за наивысшую цифру шкалы,
то с положительным зажимом вольтметра соединен положительный полюс
генератора. Если же стрелка отклонится и выйдет за нуль шкалы вольт-
метра, то плюс вольтметра соединен с отрицательным полюсом генера-
тора.
2.	Для той же цели может служить сосуд с подкисленной или подсо-
ленной водой, в которую опускают концы проводов от испытуемого гене-
ратора. От обоих концов проводов будут выделяться пузырьки газа.
Газообразование у отрицательного провода будет
больше.
3.	Определение полюсов батареи может быть произведено помощью
компаса способом, описанным в § 60. Следует при этом иметь в виду,
что цепь батареи должна представлять собой значительное сопротивлени *,
дабы сила тока в ней ие превысила допустимой.
§ 91.	Правила зарядки аккумулятора.
При зарядке необходимо соблюдение следующих правил:
1.	Электрическая энергия берется от источников постоянного тока.
2.	Кислота, заполняющая элемент, должна представлять собой вод-
ный раствор серной кислоты, удельного веса прз 15° Ц—1,18—1,19
(по Боме 22—23°). Для раствора вода берется дестилтированная, а
серная кислота чистая (аккумуляторная) удельного веса —1,84 (по
Боме 66“).
3.	Уровень кислоты в аккумуляторе должен покрывать пластины на
1 СМ.
77
4.	Плюс аккумулятора (красный — от пластин шоколадного цвета)
должен быть соединен с положительным полюсом источника тока (батарея
элементов, генератор постоянного тока и пр.) и минус аккумулятора
(синий, черный — от пластин светлосерого цвета) — с отрицательным.
5.	Сила зарядного тока регулируется реостатом и не должна превы-
шать некоторого определенного значения (§ 90). Для измерения силы
зарядного тока в цепь последовательно
включается амперметр. На фиг. 73
Фиг. 73. Схема зарядки аккумулятора.
Фиг. 74. Аккумулятор заря-
жается током в 1,5 А.
Фиг. 75. Аккумулятор заря-
жается током в 0,5 А.
изображена схема соединений приборов для зарядки аккумуляторной
батареи Б. Здесь Р—реостат, А — амперметр, V—вольтметр.
6.	Конец зарядки аккумуляторов сопровождается „кипением"; это не
что иное, как выделение газов вследствие закончившегося химического
преобразования на обеих пластинах; ионы Н2 и SO4 не находят больше
материала на соответствующих пластинах, с которыми они могли бы взаи-
модействовать, и газы подымаются к поверхности, образуя пузырьки.
Включенный параллельно зажимам аккуму-
лятора вольтметр показывает при этом напря-
жение в 2,4 —2,7 V (в зависимости от изно-
шенности аккумулятора) для каждого из
последовательно включенных эле-
ментов. Через короткий промежуток времени
после конца зарядки это напряжение падает
до 2,2 —2,1 V.
Наивысший вольтаж любого числа по-
следовательно включенных элементов акку-
мулятора может быть вычислен умноже-
нием 2V на число всех элементов
Е= 2 п вольт (номинально).
7.	В случае, когда напряжение источника зарядного тока значительно
превышает напряжение аккумуляторов, например при пользовании город-
ским (постоянным) током, то для ослабления силы зарядного тока вполне
пригодным является включение в цепь аккумулятора обыкновенных лам-
почек накаливания соответствующего напряжения. Если аккумулятор для
зарядки требует около 0,5 А, то в цепь достаточно включить одну уголь-
ную 50-ваттную лампочку (фиг. 74).
Если же сила тока допустима большая, то лампы включаются парал-
лельно друг другу (фиг. 75), причем две, включенные параллельно уголь-
ные лампы, в 1G свечей каждая, дают около 1 А, 3 лампы дают 1,5 А,
4 лампы около 2А и т. д.
78
§ 95.	Уход за аккумуляторами.
Фиг. 76. Шприц
с ареометром.
Необходимо придерживаться следующих правил:
j Цо оставлять аккумулятор без раствора.
2* не оставлять аккумулятор без употребления; в случае вынуж-
нного бездействия в течение нескольких месяцев следует зарядить
Старею (имея в виду силу тока при разрядке — § 90) до 1 V на эле-
0 вынуть пластины, обмыть их и хранить в сухом месте.
М з' Пользоваться чистой кислотой и дестиллированной водой.
4.	Устранят!, из банок выпавшие кусочки активной массы во избежа-
ние короткого замыкания между пластинами.
5.	Не держать аккумулятор разряженным во избежание отложения
на пластинах трудно растворимого сернокислого свинца.
6.	По возможности охранять от сотрясений.
7.	Считать аккумулятор разряженным: а) если на-
пряжение на его зажимах 1,8 V или менее; б) если удель-
ный вес электролита меньше 1,15.
8.	Почаще измерять удельный вес электролита. Для
этого удобно пользоваться прибором, изображенным на
фиг. 76, состоящим из стеклянного цилиндра с ареометром
внутри и резинового баллоиз. Баллон служит для заса-
сывания электролита в стеклянный цилиндр.
ГЛАВА IX.
ПОЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ЗА
СЧЕТ МАГНИТНОЙ И МЕХАНИЧЕСКОЙ.
§ 96.	Электромагнитная индукция.
Создание магнитного поля в сердечнике током, теку-
щим по виткам его обмотки, физически можно представить
себе как преобразование электрической
энергии в энергию магнитную.
Вообще преобразования одного вида энергии в другой
встречаются на каждом шагу. Электрическая лампочка
дает свет и рассеивает тепло: электрическая энергия
в ней преобразовывается в энергию тепловую и све говую. В нагрева-
тельных приборах электрическая энергия опять-таки превращается в те-
пловую. Есть устройства, в которых электрическая энергия видоизме-
няется в механическую, — это в электродвигателях. Все эти явления
связаны с затратой электрической энергии. В самом деле, откуда бы
могла получиться магнитная энергия сердечника, как бы мог намагни-
титься сердечник, если бы по виткам его обмотки не шел электриче-
ский ток, т. е. если бы не затрачивалась на намагничивание энергия,
в данном случае — электрическая? Или как бы лампочка могла начать
давать свет и тепло, если бы по ее волоску не шел ток, т. е. не
тратилась бы энергия?
Ио по закону сохранения энергии исчезнуть бесследно затраченная
энергия не должна. Если энергия, например тепловая, механическая,
магнитная и пр., полученная вследствие преобразования электрической
энергии, может быть уловлена каким-нибудь способом, то она сравни-
те
тельно легко может быть вновь преобразована в энергию электриче-
скую. Подобно тому, как тепловая энергия топлива в двигателе пре-
образовывается в энергию механическую, а эта последняя переходит
опять в тепловую энергию благодаря трению в двигателе — анергия элек-
трического тока преобразовывается в магнитную или химическую, а маг-
нитная и химическая энергии могут быть вновь видоизменены
в энергию электрического тока.
Тепловая энергия топлива-*механическая энергия-»-тепловая энергйя
вследствие трения в двигателе.
Механическая энергия -> электрическая энергия дннамомашины-> ме-
ханическая энергия электромотора.
Электрическая энергия тока-> магнитная энергия сердечника-» эле-
ктрическая энергия.
Электрическая энергия тока -> химическая энергия аккумулятора ->
электрическая энергия.
§ 97.	Получение электрической энергии за счет магнитной.
О
Фиг. 77. При размыкании и вамыканип цепи в
проводниках А и В индуцируется ЭДС.
проводниках, например при размагничивании
электромагнитной индукции.
Размагничивание сердечника может быть
Имея электромагнит, легко можно показать обратимость явлений —
стоит только размагнитить сердечник, прервав ток в его обмотке. Осво-
бождающаяся при этом магнитная энергия преобразовывается в электри-
ческую энергию во всех
проводниках, находящихся
в исчезающем магнитном
поле.
Важно иметь в виду,
как указывалось ранее, что
для магнитных силовых ли-
ний не существует никакой
„изоляции11: силовые линии
проникают всюду. При раз-
магничивании сердечника,
несмотря на изоляцию, по-
крывающую витки его об-
мотки, в них возникает ЭДС.
Возникновение ЭДС в
сердечника, носит название
рассматриваемо как умень-
шение числа силовых линий магнитного поля. Но явление индукции
наблюдается и при намагничивании, т. е. при увеличении числа силовых
линий поля, иными словами, явление индукции наблюдается при вся-
ком изменении числа силовых линий поля.
Всякий раз при размыкании или при замыкании выключателя в цепи
электромагнита (фиг. 77) в кольцевом проводнике А будет индуктиро-
ваться (возбуждаться) ЭДС, и появится электрическвй ток.
Наличие тока будет указано отклонением стрелки гальванометра Г. На
фпг. 77 силовые линии входят внутрь кольца А; кольцо А как бы охва-
тывает силовые линии. При размыкании или замыкании цепи электро-
магнита число силовых линий поля будет меняться — условие, доста-
точное для индуцирования в кольце Л ЭДС.
to
geo явления индукции объединяются законом индукции, который мо-
ет быть выражен так:
Каждый раз, когда меняется число силовых линий,
«ватываемых проводником, в этом проводнике индуци-
"’с„л ЭДС
г Совершенно безразлично, где будет находиться проводник: у южного
идп у северного полюса электромагнита, лишь бы он охватывал при
изменении поля его силовые линии. Качественная сторона явления от
дтого не изменится; положение проводника окажет только влияние на
количественную сторону: где магнитные силовые линии расположены
гуще, т. е. где плотность В (§ 6G) магнитного потока больше, там явле-
ние индукции при прочих равных условиях обнаружится интенсивнее.
В этом отношении наивыгоднейшее расположение проводника будет
вокруг сердечника, т. е. такое, какое имеют витки электромагнит. Каж-
дый кольцевой проводник, расположенный вокруг сердечника, а следо-
вательно и каждый виток обмотки электромагнита будут охватывать наи-
большее число силовых линий данного поля, так как сердечник сгущает
их в себе, плотность магнитного поля в железе сердечника больше, чем
в воздухе. При изменении магнитного поля, в расположенном таким обра-
зом проводнике явление индукции скажется усиленным образом.
Для т<гг чтобы в проводнике индуцировалась наиболь-
шая ЭДС, необходимо проводник поместить так, чтобы
оиохватывал наибольшее возможное число магнитных
силовых линий.
§ 98.	Мгновенное значение ЭДС.
Напряжение, получаемое кулоном в витке в данный момент или, как
говорят, мгновенное значевие индуцированной ЭДС, тесно связано с ха-
рактером изменения магнитного поля. Чем быстрее намагипчивастся или
размагничивается сердечник, т. е. чем короче промежуток времени, в те-
чение которого меняется число силовых линий магнитного поля, охваты-
ваемых проводником, тем индуцированная ЭДС больше.
Единицы выбраны таким образом, что при изменении магнитного поля
на одну силовую линию в 1 сек. в витке индуцируется ЭДС, равная
одной стомиллионной доле вольта. Если же магнитное поле меняется не
на одну силовую линию в 1 сек., а например на 100 силовых линий, то
в витке индуцируется не одна стомиллионная доля вольта, а в 100 раз
большая ЭДС. Далее, если магнитное поле меняется на определенное
число силовых линий не в 1 сек., а в 1/1000 сек., то и значение инду-
цированной ЭДС будет в 1000 раз больше.
Следовательно: а) чем на большое число силовых линий изменяется
магнитное поле в 1 сек. и б) чем короче промежуток времени, в течение
которого происходит изменение магнитного поля, т. е. чем резче
измен ение поля, тем большая ЭДС индуцируется в про-
воднике, т. е. тем больше мгновенное значение индуци-
рованной ЭДС.
По мгновенному значению индуцированной ЭДС, выраженной в вольтах, судят
между прочим о напряженности магнитного поля.
Так, если в витке проводника индуцировалась одна стомиллионная доля
вольта в 1 сек., то исчезнувшее магнитное поле состояло из одной силовой
линии. Или, если значение индуцированной ЭДС достигло 1 V, то изменившееся
в 1 сек. магнитное поле состояло из 100000 000 силовых линий.
6 Ю. Е. Кедрин.	81
Если проводник, охватывающий меняющийся магнитный ноток, состоит
но из одного витка, а представляет собой например спираль или ка-
тушку, то мгновенное значение индуцированной в ней ЭДС или разность
потенциалов на ее концах будет равна сумме отдельных значений ЭДС,
индуцированных в каждом витке катушки.
Катушка или спираль состоит нз последовательно соединенных витков
в каждом из которых прп изменении магнитного поля, охватываемого
ими, индуцируется ЭДС. Для получения численного значения общей
индуцированной в катушке ЭДС следует значение ЭДС одного витка
помножить на число витков.
И1ак мгновенное значение индуцированной в проводнике ЭДС зави-
сит от:
1)	силы поля, в котором находится проводник;
2)	резкости его изменения;
3)	числа витков проводника, охватывающего магнитное поле.
Явление электромагнитной индукции имеет громадное значение. Все
существующие способы добывания (генерации) электрической энергии,
имеющие промышленное значение, основаны на законе индукции. Все
динамомашнны основаны на законе индукции. Получение электрической
энергии при помощи динамомашпн обходится гораздо дешевле, чем при
помощи других способов, например электрических элементов. Передача
электрической энергии на большие расстояния была бы немыслима б<з
существования специальных приборов — трансформаторов, основанных па
том же законе индукции.
§ 99. Получение электрической энергии за счет механической.
Если цепь электромагнита оставить замкнутой (фиг. 77), а проводник,
в виде кольца В, находящийся в магнитном поле, поместить в этом маг-
нитном поле так, чтобы при этом менялось число силовых линий, охва-
тываемых кольцом, то и в этом случае в кольце будет индуцироваться
ЭДС.
Для изменения числа силовых линий, охватываемых кольцом, проще
всего начать вращать кольцо В хотя бы вокруг вертикальной оси 0—0.
Тогда при положении кольца, перпендикулярном плоскости чертежа, кольцо
будет охватывать наибольшее число силовых линий поля; когда же
кольцо, повернувшись вокруг оси 0—0 на 90°, совпадает с плоскостью
чертежа, кольцо не будет охватывать ни одной силовой линии. Стало
быть за время поворота произошло изменение числа охв .тываемых коль-
цом или витком силовых линий.
Тот же результат получится, если кольцо будет вращаться дальше,
так что число силовых линий, охватываемых кольцом, будет увеличи-
ваться. Кольцо может также вращаться и вокруг оси перпендикулярной
плоскости чертежа. Наконец кольцо может остаться неподвижным; стоит
только заставить магнит, создавший магнитное поле, перемещаться отно-
сительно неподвижного кольца — в кольце будет индуцироваться ЭДС.
Лишь бы только происходило изменение числа охватываемых кольцом
силовых линий — условие достаточное и необходимое для индуцирования
в кольцо ЭДС.
Во всех возможных случаях перемещения магнита и кольца магнит-
ное поле само по себе не претерпевает изменений, число силовых линий,
составляющих его, не меняется. Иными словами энергия магнитного поля
возбуждение ЭДС в кольце не расходуется. За счет чего же про-
На^ется в кольце электрическая энергия?
ЯВ Опыт показывает, что па вращение витка или кольца в магнитном
е должно быть затрачено механической энергии больше, чем па вра-
П ение его вне магнитного поля. II далее, если виток не замкнут,
'о вращать его в магнитном поле легко, если же он
замкнут, то вращать его труднее. Кроме того, чем плотнее
магнитпее поле л чем больше быстрота вращения кольца, тем больше
затрачивается механической энергии и наряду с этим большая ЭДС инду-
цируется в кольце (§ 102).
Получение электрической энергии без затраты на это какой бы то
ни было энергии невозможно. Раз магнитная энергия поля, как сказано,
не расходует! я, то единственное решение вопроса — это то, что на воз-
буждение ЭДС тратится механическая энергия, употребляемая на враще-
ние кольца. Действительно, не вся затрачиваемая механическая энергия
расходуется на преодолевание трения оси кольца в его подшипниках или
сопротивления воздуха при вращении. На это уходит только часть меха-
нической энергии, большая же часть, видоизменяясь, проявляется в виде
электрической энергии в кольце. Надо помнить, что при этом расходо-
вании магнитной энергии не производится. Но если обратить внимание
при этом процессе на число силовых линий поля, охватываемых кольцом,
то окажется, что в просвете кольца число их меняется.
Таким образом электрическую энергию можно получить как за счет
только магнитной, так и за счет механической энергии, но при помощи
энергии магнитной.
§ 100. Правило Максвелла.
Если проводник, в котором при изменении магнитного поля возбуж-
дается ЭДС, замкнуть, то в проводнике возникает ток. Для некоторых
целей бывает небезынтересно определить направление этого тока в коль-
цевом проводнике или витке. Из много-
численных правил, существующих для
этой цели, укажем на правило Максвелла.
По этому правилу:
1)	нужно смотреть на плоскость коль-
ца, охватывающего силовые линии поля
так, чтобы последние как бы выходили
Фиг. 78. I— число силовых ли-
ний уменьшается; И—число си-
ловых линий увеличивается.
из глаз;
2)	если число силовых линий уменьшается, то в проводнике по-
течет ток по часовой стрелке;
3)	если число их увеличивается, то ток потечет против часо-
вой стрелки (фиг. 78).
Предварительно должно быть определено, что делается с магнитными
силовыми линиями — увеличивается их количество или уменьшается.
Из этого правила следует, что в кольцевом проводнике, при его вра-
щении, будет возникать переменный ток.
Правило Максвелла есть прямое следствие закона сохранения энергии.
§ 101. Принцип пересечения.
Выше указывалось, что в проводнике возбуждается ЭДС при относи-
тельном перемещении проводника и магнитного поля, сопровождающемся
Фиг. 79. Принцип пере-
сечения силовых ли-
ний проводником.
изменением числа охватываемых проводником матиц.
НЫХ СИЛОВЫХ ЛИНИЙ. ПрИ ВТОМ МЫ ПМеЛИ В ВИДУ ПРОВОДНИК В В0к'
кольца или витка. Ио совершенно такие же результаты получатся, ecj,
взять не виток или кольцо, а просто линейный проводник и начать пер^
мещать его поперек силовых линий магнитного поля. В нем таед; *
будет индуцироваться ЭДС, а если он замкнут, то в нем появится елец,
трический ток (фиг. 79j. От перемещения проводника указанным обр^д
зом, т. с. поперек магнитного поля, получается
впечатление, будто проводник перерезает или пер<>.
секает магнитные линии поля, будто проводников
как ножом, перерезается каждая спловая лицця
поля на две части.
Этот случай может быть сведен опять-таки к
предыдущему, т. е. ЭДС в проводнике индуцируется
вследствие изменения числа силовых линий, охваты,
ваемых проводником. Действительно, ведь этот ли-
нейный проводник можно представить себе как
часть большого замкнутого контура, находящегося
большей своей частью вне магнитного поля, как
показано на фиг. 79. При перерезании силовых ли-
ний проводником число их, охватываемое всем кон-
туром, изменяется, т. е. условие для возбуждения
ЭДС в проводнике соблюдается.
Очень часто говорят: проводник перерезает или пересекает магнитное
поле, вследствие чего в нем возбуждается ЭДС. Но с таким же правом
можно сказать, что появившаяся в проводнике ЭДС есть следствие изме-
нения числа силовых линий поля, охватываемых всем контуром. В по-
Фиг. 80. Определение направления тока
правилом Флеминга. Проводник дви-
жется вверх.
следнем случае нужно только иметь
в виду, что линейный проводник, на-
ходящийся в магнитном поле, пред-
ставляет собой только часть
какого-то контура, пронизываемого
силовыми линиями.
Практически всегда можно найти
при движении проводника в магнит-
ном поле такой контур, часть
которого пересекает силовые ли-
нии поля. В дальнейшем будут
встречаться оба термина: и пере-
сечение силовых линий и изменение
их числа, в зависимости от того,
какое выражение нагляднее мо-
жет дать представление об условиях
возбуждения ЭДС в проводниках.
Помощью правила руки, называемого правилом Флеминга, легко опре-
делить направление индуцированной ЭДС в проводнике или направление
вызванного ею тока. В случав применения термина „пересечение* пра-
вилом Флеминга пользоваться удобнее, чем правилом Максвелла.
На фиг. 80 и 81 изображена рука. Указательный палец направляется
туда, куда направлены силовые линии — от севера к югу, от N к <8.
На фиг. 80 палец указывает влево, на фиг. 81 — вверх. Большой палец,
отогнутый в сторону, показывает, куда движется проводник при пересече-
84
0и силовых линий. Па одном рисунке палец обращен вверх, так как
ЯП%полагается, что в данный момент проводник, режущий силовые ли-
п₽ь движется вверх; на другом — большой палец указывает, что провод-
нИк’движется вправо. Везде проводник режет поле поперек 1 силовых
п пИй. Отогнутый средний палец указывает направление индуцированного
Фиг. 81. Правило Флеминга. Проводник движется вправо.
тока. Па обоих рисунках (фиг. 80 и 81) ток направлен по линейному
проводнику к читателю. В цепях амперметра, указывающего наличие
тока при пересечении силовых линий, в обоих случаях направление тока
указано стрелками. При движении проводников в обратном направлении
и направление тока изменяется, что легко
проверить, изменив положение руки.
Итак указательный палец указывает на-
правление магнитного поля (фиг. 82); боль-
шой палец — куда движется проводник; сред-
ний палец— направление индуцированной .—
электродвижущей силы или тока.
§ 102. Значение индуцируемой ЭДС при
пересечении.
Фиг. 82. Правило Флеминга
(трех пальцев правой руки).
Чтобы в проводнике индуцировалась ЭДС в
IV, необходимо произвести изменение маг-
нитного поля, охватываемого проводником, па
100 000 000 силовых линий в 1 сек. Применяя
термин „пересечения силовых линий проводником', приведенное сейчас за-
ключение можно высказать следующим образом: для того чтобы в
проводнике индуцировалась ЭДС в IV, проводник должен
в 1 сек. пересечь 100 000000 силовых линий. Если проводник
за 1 сек. пересечет не 100 000000 силовых линий, а больше или на это
ему потребуется не одна секунда, а меньше времени, то соответственно
1 При движении проводника перпендикулярно направлению мвгпитног > поля,
т. е. поперек силовых линий, проводник пересекает в единицу времени ботыпее
число силовых линий, нежели при движении под углом к направлению магнит-
ного поля.
85
и значение ЭДС будет больше. Иначе говоря, чем быстрее будет пере-
секать проводник силовые линии, тем большая ЭДС будет индуцироваться.
Па фиг. 83 показаны кривые индуцированных в проводнике ЭДС. Верх-
няя кривая получена при быстром пересечении проводникам магнитного
поля, пижняя— при медленном. ЭДС достшает в первом стучав больших
значений, нежели во втором. Кроме того ЭДС зависит от длины провод-
ника, пересекающего силовые линии. Чем длиннее проводник, тем боль-
шее число силовых линий будет он пересекать,
отчего увеличится и значение ЭДС.
По для практических целен длинные провод-
ники неудобны. Обычно проводникам придают
форму спиралей или катушек, витки которых при
вращательном движении (см. главу о динамома-
шинах) пересекают линии магнитного ноля.
На фиг. 84 изображен такой проводник;
свитый в спираль J. Помощью рукоятки он
может быть приведен во вращение над катуш-
кой (соленоидом), питающейся током от генера-
тора Г. Индуцированная при этом ЭДС отме-
чается стрелкой измерительного прибора.
Итак при пересечении силовых линии магнит-
Фиг. 83. Значение ЭДС
больше при быстром пе-
ресечении проводником
магнитного поля.
ного поля в проводнике возбуждается ЭДС, мгновенное значение кото-
рой тем больше:
1)	чем больше сила магнитного поля;
2)	чем быстрее вращается проводник (число оборотов проводника);
3)	чем число витков проводника больше.
Иными словами: мгновенное значение индуцированной ЭДС пропор-
ционально числу пересеченных магнитных силовых линий, пропорционально
числу витков проводника
(длине его) и обратно про-
порционально промежутку
времени, в течение кото-
рого данное число силовых
линий пересекается провод-
ником.
Средним значением ЭДС
называется ЭДС, индуциро-
ванная в проводнике за и е-
который промежуток
времени t.
Для вычисления этого зна-
чения в вольтах можно поль-
воваться формулой:
Фиг. 84. При вращении спирали в магнитном
поле соленоида в ней индуцируется ЭДС.
Ф Я
Е= -j-n-10 (вольт).
где Е— средн езначение индуцированной в проводнике ЭДС; Ф — магнптпый поток
(общее число силовых линий), пересекаемый проводником; t — промеж'ток вре-
мени, в течение которого пересекается поток Ф; п — число витков проводника;
миожитель 10~8 (пли I/IOOOOOOOOO) — это число, на которое надо помножить все
выражение, чтобы получить вольты, так как 1 V получается при пересечении
100000 000 силовых линий в 1 сек.
Это становится ясным ив пропорции, которую можно составить для одного
витка или кольца.
86
Если при пересечении 100 000000 (10~в) силовых линий в1 сек. (
Ф с. л.
? Отсюда 1 V
t сек.
Если при пересечении 100 000000 (10—в) силовых линий в1 сек. Сек~ ),В
проводнике индуцируется ЭДС в 1V, то какая ЭДС (X) индуцируется при пере-
сечении проводником Ф силовых линий в течение t сек.^
так относится к X вольтам, как 10—% относится к Ф/1, т. е.
'	IO-8 Ф
решай пропорцию относительно X, получим:
Ф-1 Ф в
Х=Е=Н^ = Т-10 (вольт)’
а при п витках, индуцированная в нпх ЭДС, которую обозначим попрежнему че-
рев Е, будет в п раз больше, т. е.
Е = =-•»• 10 —8 (вольт).
I
Выше указывалось, что по значению индуцированной ЭДС судят о напряжен-
ности магнитного поля. Переписывая предыдущую формулу, получим выражение
для количества силовых линий, составляющих поле, по значению индуцирован-
ной ЭДС аа время /:
_ E-t E-t .	.
Ф —--------- —----IO-6 (СИловых линий).
п 10~8	»
Пример. Магнитный поток Ф— 500000 силовых линий пересекается (изме-
няется) за время 1 = 0,1 сек. 100 витками (я). Какого значения ЭДС будет инду-
цироваться в проводнике?
Решение. Все данные примера вставляем в формулу для Е:
Е - * п-10 -8 = 500°00-100 = 5V
J t 10	0,1 10-8	5 •
ГЛАВА X.
ОСНОВЫ УСТРОЙСТВА И РАБОТА ДИНАМОМАШПН.
§ 103. Составные части динамо. Коллектор.
Работа динамомашпн основана на законе индукции. Механическая энер-
гия, затрачиваемая на вращение проводника в магнитном поле, преобра-
зовывается в электрическую энергию тока.	.
Каждая дичамомашипа состоит из трех основных частей. Одна из них
служит для создания магнитного поля, вторая состоит из проводников,
в которых индуцируется ЭДС, и третья представляет собой устройство,
при помощи которого ток с проводников отводится во внешнюю цепь.
Это устройство называется коллектором тока.
Рассмотрим устройство коллектора. На фиг. 85 изображена петля или
виток из проводника, помещенный между двумя магнитными полюсами.
Начало и конец витка жестко присоединены к двум металлическим кол-
лекторным кольцам. К кольцам прижимаются две пластины из приводя-
щего материала, называемые щетками. Щетки позволяют кольцам сво-
бодно вращаться вместе с витком. Па фиг. 86 половина петли зачернена,
чтобы ее можно было легче отличить от другой при любом ином поло-
жении витка. К щеткам присоединены провода, составляющие внешнюю
цель.
87
Еслп виток начать вращать между полюсами магнита, то обе чаоги
витка, расположенные параллельно полюсам, будут пересекать магнитные
силовые линии и в обеих частях витка будет индуцироваться ЭДС, Чае-j и
витка, пересекающие силовые линии, называются активными сторо-
нами его.
По правилу Флеминга (правило руки § 101) можно определить направ-
ление индуцированной ЭДС. Пусть виток с кольцами вращается против
часовой стрелки. Тогда индуцированная ЭДС создаст в витке ток, направ-
Ьелая половина пет т Черная половина петли	/
Фиг. 85. Г—схема коллектора переменного тока;
II— разрез петли.
ленный в зачерненной активной части его к кольцу В, а в белой части —
от кольца А. Направление тока на фиг. 85, I указано стрелками, а на
фиг. 85,71—крестиком и точкой. Щетка В в данном положении будет по-
ложительная (4-), щетка же А — отрицательная (— ). Во ьнешней цепи
направление тока — от щетки В к щетке А. Все описанное будет про-
должаться до тех пор, пока виток не займет вертикальное положение.
В момент, изображенный на фиг. 86 обе активные стороны витка дви-
гаются параллельно линиям поля и пересекать их не будут. Если
Фиг. 86. Виток перпендикулярен направлению поля.
ЭДС не индуцируется. Момент изменения направле-
ния ЭДС.
пересечения силовых линий проводников не происходит, то ЭДС не воз-
буждается, и ток в цепи прекращается.
Из этого можно заключить, что при равномерном вращении витка из
положения горизонтального (фиг. 85) в положение вертикальное (фиг. 86)
индуцируемая в нем ЭДС постепенно уменьшается до нуля. Это проис-
ходит потому, как будет рассмотрено подробнее дальше, что число пересе-
каемых в единицу времени силовых линпй постепенно уменьшается, пока
в положении фиг. 86 не достигнет нуля. Тогда и ЭДС также будет
равна нулю.
88
Па фиг. 87 изображено положение витка, прошедшего вертикальное
положение (нейтральное), обе активные стороны витка снова начи-
нают пересекать силовые линии, с той лишь разницей, что зачер-
ненная часть витка теперь движется вниз, а белая вверх. Применяя пра-
вило Флеминга, легко убедиться, что направление индуцированной в витке
ЭДС изменилось, чем вызывается и изменение направления тока во всей
цепи. В витке ток теперь направлен к кольц/ А по белой ого половине,
а по черной — от кольца В. Во внешней цепи ток направлен от щетки А
Фиг. 87. Направление тока изменилось по сравнению
с фиг. 86.
к щетке В, которые также изменили свои знаки (-[-) на('—) и обратно.
Изменение направления тока как в витке, так и во внеш-
ней цепи произошло при нейтральном (вертикальном)
положении витка (фиг. 86).
На фиг. 88 изображено опять горизонтальное положение витка. Здесь
его активные стороны движутся поперек (как и в первом горизонтальном
положении фиг. 85) силовых линий и потому пересекают наибольшее число
силовых линий. Значения ЭДС и тока достигнут максимума, после чего
Фиг. 88. Наибольшее значение ЭДС.
снова начнут уменьшаться и в новом вертикальном (нейтральном) поло-
жении (фиг. 89) сделаются опять равными нулю. Ток в цепи исчезнет.
Как и в первом нейтральном положении, изображенном на фиг. 86,
здесь можно отметить момент перемены направления как ЭДС,
так и тока. При дальнейшем вращении витка он опять займет совер-
шенно такое же положение, как изображено на фиг. 85, причем и напра-
вление тока будет соответствовать указанному стрелками на фиг. 85.
Из рассмотрения явлений, происходящих за один полный оборот витка
в магнитном ноле, можно построить кривую мгновенных значений ЭДС,
в зависимости от положений витка.
89
Внизу фиг. 90 под изображением различных положений витка, вра-
щающегося равномерно по часовой стрелке, по горизонтальной оси
(абсцисс) отложены углы поворота витка, отсчитываемые от нейтрального
его положения; по вертикальной оси (ордппаг)' отложены соответству-
ющие мгновенные значения ЭДС для каждого положения витка. Плавная
линия соединяет все точки ординат и дает кривую изменения ЭДС в
вптке.
вращения
Фиг. 89. ЭДС не индуцируется. Момент изменения напра-
вления ЭДС и тока в цепи.
Пз кривой следует, что за один полный оборот витка: 1) ЭДС два
раза достигает наибольшего значения при положении, когда плоскость
витка параллельна сиювым линиям (II и IV, фиг. 90), и 2) ЭДС равна
нулю, также дважды за полный оборот, в моменты, когда плоскость витка
перпендикулярна силовым линиям; в эти же моменты во всей цепи ток
меняет свое направленно (I и III, фиг. 90).
Фиг. 90. Кривая изменения ЭДС.
§ 104. Изменение количества пересекаемых линий в единицу времени.
Пз рассмотрения фиг. 91 становится понятным, почему при равномер-
ном (с постоянной угловой скоростью) вращении витка, индуцированная
в нем ЭДС не остается постоянной по величине и направлению, а изме-
няется от нуля до какой-то наибольшей величины, после чего вновь
уменьшается до пуля и в этот момент меняет свое направление, затем
90
о8а начинает увеличиваться до прежней наибольшей величины, чтобы
потом вновь уменьшиться до нуля и т. д.
п Пусть (фиг. 91) виток АА, представленный в разрезе, вращается с
павноморной скоростью, делая один оборот в 12 сек. При перемещении
витка из положения АА в положение ВВ обе его активные стороны
[Сресекут магнитные силовые линии, благодаря чему в них возбудится ЭДС.
Так как один полный оборот витка соответствует 360°, а перемеще-
ние витка из положения АА в положение ВВ равно 1/12 полного обо-
рота, т. е. 360:12 = 30°, то и время, потребное для поворота на этот
угол, будет составлять 1/1J от времени полного оборота, т.е. 12 сек.: 12 =
с= 1 сек.
При движении из положения АА в ВВ виток пересекает 6 линий
(фиг. 91) и затрачивает па это 1 сек., а при перемещении из ВВ в СС,
т. е. на угол, равный тем же 30°, пли г/12 части полного оборота, виток
пересечет только 4 линии за 1 сек. Наконец при повороте от СС к DD
на те же 30° виток пересечет только 2 силовых линии.
Таким образом становится ясным, что число силозых линий, пересе-
каемых витком в единицу времени, уменьшается с приближением витка
к положению DD, т. е. к нейтральному,
а потому и индуцируемая в нем ЭДС бу-
дет также уменьшаться.
Из фиг. 91 очевидно, что при даль-
нейшем вращенип вигка с приближением
к горизонтальному положению АА он
будет пересекать все большее и большее
число линий. Значение ЭДС будет также
ЬС°Р

увеличиваться и станет максимальным	___
при наибольшем числе пересеченных ресечение наибольшее.
силовых линий, именно в горизонталь-
ном положении витка, когда обе активные стороны его движутся п о-
перек магнитного поля.
Если поле, в котором вращается виток, однородно, т. е. число сило-
вых липий на 1 см2 в любом его месте ото и то же, то кривая изме-
нения ЭДС является синусоидой. В таком случае для любого момента
времени ордината может быть найдена из уравнения:
е = Е sin to t.
В этом уравнении Е — наибольшая ордината, ю — угловая скорость
вращения витка, t время от начала вращения. Очевидно, что <в/ — угол,
описанный витком за время t. Зная, что ординаты в определенном мас-
штабе даюг значения ЭДС, придем к заключению, что уравнение
e = JEsinw£ выражает закон измепения ЭДС; таким образом, имея значе-
ния о>, t и Е, можно найти величину ЭДС для любого момента времени.
Е = максимальному значению ЭДС. Оно носит название амплитуды ЭДС.
§ 105. Многополюспые машины.
Как известно, ток, периодически меняющий в цепи свое направление
и величину, называется переменным током. Описанное устройство кол-
лектора обусловливает существование во внешней цепи переменного тока,
и все фиг. 85—91 являются элементарными схемами генератора перемен-
ного тока. Последние иначе называются альтернаторами.
91
В действительности генераторы имеют не один виток, а целую систему
их, образующую обмотку, которая располагается па железном сердечнике
называемом якорем. Магнитное поле создается в них не парой полюсов*
а часто в крупных промышленных машинах многими десятками пар по-
люсов и не постоянных магнитов, а электромагнитов, питающихся током
от какого-нибудь постороннего источника постоянного тока.
Увеличение чпела полюсов таких промышленных машин объясняется
целью уменьшить число оборотов их вращающихся частей. В крупных
городах для промышленных целей и для освещения пользуются перемен-
ным током, который сто раз в секунду меняет свое направление, т. е.
50 раз в секунду идет в одном направлении по проводам (в лампочках,
нагревательных приборах и пр.) и 50 раз — в противоположном. В мо-
мент перемены направления ток должен исчезнуть совсем. Однако это
прекращение тока не отзывается на свечении лампочки, так как нить
не успевает остыть и ослабить свой накал. По если число двух полных
изменений направления тока, как говорят, число периодов или частота
(фиг. 92) меньше 50 в секунду, то лампочка начинает мигать.
Из приведенных выше схем генераторов переменного тока было ясно,
что за одни оборот витка (или обмотки) ток во внешней цепи дважды
менял свое направление (один период). Чтобы изменение направления
тока происходило 100 раз в секунду (50
.г—\	периодов), число оборотов генератора дол-
/	жпо быть 50 в секунду или 3000 об./мин.
----------Для тяжелых машин число это слишком ве-
/\	лико. Чтобы его уменьшить, стоит только
х----' ’	увеличить число нейтральных положений * * * * §
Период - витка, т. е. таких, когда виток движется
Фиг. 92. Период или чистота параллельно силовым линиям и не перерезает
тока.	их. В эти моменты ток во внешней цепи
* меняет свое направление (фиг. 90). Увели-
чение нейтральных положений достигается увеличением пар полюсов.
В четырехполюсных машинах при положении витка между двумя со-
седними полюсами (нейтральное положение) ЭДС меняет свое направле-
ние. Ток такой машипы за один оборот дает два периода. Чтобы получить
ток в 50 периодов, эта машина должна сделать 1500 об./мин. При вось-
ми полюсах ток потребной частоты получится прп 750 об./мин. и т. д.
Альтернаторы устанавливаются на станциях, энергия которых не по-
требляется на месте, а предназначается для передачи по провесам на
дальние расстояния. Ток от таких станции предварительно трансформи-
руется (см. главу о трансформаторах), для чего только и пригоден ток
переменный.
§ 106. Дннамомашины постоянного тока.
Динамомашины постоянного тока отличаются от альтернаторов устрой-
ством коллектора, который служит у них не только для собирания тока
и направления его во внешнюю цепь, но и, как говорят, „выпрямляет
ток“. При вращении в магнитном поло витка в нем индуцируется ЭДС
всегда перемепного значения: она то возрастает, достигает наиболь-
шего значения, то убывает до нуля, меняет свое направление, снова воз-
растает и т. д. Следуя изменениям ЭДС, в случае кольцевого коллек-
тора, описанного выше, ток во внешней цепи также будет то нарастать
92
силе, ю убывать, менять свое направление, для чего должен исчез-
и° ь совсем, то нарастать опять и т. д. Устройством же коллектора-вы-
.рямителя достигается во внешней цепи наличие тока, направленного
всегда от одной определенной щетки генератора к другой, т. е. текущего
всегда в одном и том же направлении. Хотя в витке, вращающемся в
магнитном поле, и возбуждается переменная ЭДС, во внешней цепи бла-
годаря коллектору-выпрямителю будет поддерживаться постоянный ток
одного и того же направления. Щетка, снимающая ток с коллектора и
направляющая его во внешнюю цепь, носит название положительной
щетки и обозначается знаком (4~); вторая щетка, через которую тор
пз внешней цепи течет в генератор, называется щеткой отрицательной и
обозначается знаком минус (—). В динамомашинах переменного тока,
т. е. с кольцевым коллектором, щетки не могут получить название поло-
жительной или отрицательной, так как все время меняют свое назначе-
нце: через одну и ту же щетку ток направляется то из генератора во
внешнюю цепь, то из внешней цепи в генератор. В больших промышлен-
ных машинах, как указывалось, таких перемен бывает сто в секунду, а
иногда и более.
§ 107. Коллектор.
Устройство коллектора-выпрямителя для одного витка представлено
на фиг. 93. Концы обеих активных сторон витка припаяны к двум полу-
цилиндрам, расположенным так, что они составляют как* бы один цилиндр
с двумя боковыми прорезами. Ось та-
кого составного из двух ноловипок
цилиндра совпадает с осью вращения
витка. Половинки цилиндра называ-
ются пластинками коллектора
или сегментами коммутатора.
Пластинки коллектора с воздушным
зазором следовательно изолированы
друг от друга, а также и от вала, вра-
щением которого приводится во вра-
щение виток.
Одна активная сторона попреж-
нему зачернена (фиг. 94), для того
чтобы ее легче отличить от нсзачер-
непнон.
сращения
Фиг. 9?. Схема выпрямителя.
Если произвести сечение витка плоскостью, перпендикулярной оси его
вращения, то обе активные стороны витка можно изобразить в виде круж-
ков. Заштрихованный кружок изображает плоскость сечения зачерненной
активной стороны (фиг. 94). Две прямые пунктирные липни, соединяющие
оба кружка, представляют собой заднюю сторону витка, а полукольца
изображают пластинки коллектора. К пластинкам коллектора прижимаются
щетки Вх и Bj.
Пусть виток вместе с пластинками коллектора вращается между по-
люсами по часовой стрелке. При горизонтальном положении витка, изобра-
женном на фпг. 94, I, активные стороны движутся параллельно силовым
линиям поля и поэтому не пересекают их. В витке ЭДС не индуцируется,
и во внешней цени тока нет.
При повороте витка на некоторый угол картина явлений будет такая,
93
какая изображена на фиг. 94, II. Активные стороны пересекают силовые
линии, и в витке возбуждается ЭДС. Применяя правило трех пальцев
(правило Флеминга, § 101), можно убечигься, что появившийся в витке
ток направлен но зачерненной активной стороне к читателю, а по дру-
гой—от читателя. Вспомним, что ток, идущий к читателю, изображается
точкой (острие стрелки, летящей на читателя), а ток, уходящий от чита-
теля за плоскость чертежа,—крестиком (заднее оперение стрелки, удаляю-
Фпг. 94. Схема выпрямителя. Виток в разрезе.
щеися от читателя). Кружки на фиг. 94, II помечены соответственно точ-
кой и крестиком.
Зачерненная активная сторона соединена с зачерненной пластинкой
коллектора (фиг. 93 и 94), на которую и направится ток с витка. Прн поло-
жении витка, изображенном нафиг. 94,1/, зачерненная пластинка коллектора
касается щетки В2, через которую ток и направится во внешнюю цепь
Фиг. 95. Направление тока во внешней цепи
не меняется.
Во внешней цепи ток направлен от щетки В2 к щетке Вг. Щетка В2
является щеткой положительной (-ф-), а щетка Bi — отрицательной (—).
Через щетку минус, прикасающуюся в этот момент к незачернепной пла-
стинке коллектора, ток устремится в белый кружок (крестик), изобра-
жающий белую активную сторону витка.
При дальнейшем вращении витка индуцирующаяся в витке ЭДС и
создаваемый ею ток сохраняют свое направление в витке (фиг. 95, I
и 1Г). При совпадении плоскости витка с направлением силовых линий
поля (фиг. 95, I), активные стороны будут пересекать наибольшее число
силовых линий (§ 104), так как они движутся поперек силовых линий.
Индуцируемая в витке ЭДС будет наибольшая. Во внешней цепи ток бу-
94
Фиг. 66. ЭДС не индуциру-
ется. В этот момент направ-
ление ЭДС в витке меняется.
дет поддерживаться прежнего направления, но будет следовать изменениям
ЗДС по величине, т. е. будет увеличиваться, когда увеличивается ЭДС,
0 станет максимальным по силе, когда наибольшего значения достигает ЭДС
в витке (фиг. 95, I).
На фиг. 95, II виток изображен уже отклонившимся от предыдущего
положения. Активные стороны пересекают все меньшее и меньшее число
силовых линий, отчего и ЭДС в витке уменьшается; слабеет в цепи и ток.
Но щетки продолжают касаться тех же пла-
стинок коллектора, и направление тока во внеш-
ней цепи остается неизменным.
Следующее положение витка, перпендику-
лярное силовым линиям поля (фиг. 96), явля-
ется нейтральным положением (§ 103). Актив-
ные стороны не пересекают силовых линий.
ЭДС но индуцируется, тока в цепи нет. Щетки
касаются обеих пластинок коллектора. Это —
момент изменения направления ЭДС и тока
в витке, но только в витке, а не во
внешней цепи.
Действительно, как только виток выйдет из
своего нейтрального положения (фиг. 97), он нач-
нет пересекать силовые линии, и в нем возбу-
дится ЭДС. Применяя правило Флеминга, легко убедиться, что в зачерченной
активной стороне ток окажется направленным не к читателю, как было
до сих пор (фиг. 94 и 95), а от читателя (крестик на зачерненном кружке,
фиг. 97). Соотвественно, на белом кружке должна быть поставлена точка.
Направление тока в витке изменилось. Но оказывается, что вращаю-
Фнг. 67. Направление тока
во внешней цепи осталось
прежним.
Фиг. 98. ЭДС и ток дости-
гают наибольшего зна-
чения.
щиеся вместе с витком пластинки коллектора расположились теперь так,
что щетка В касается не зачерненной пластинки, как было до сих пор
(фиг. 95), а прижимается к белой пластинке коллектора (фиг. 97), т. с.
к той, к которой устремляется ток свитка.
Таким образом щетка продолжает посылать ток во внешнюю цепь,
т. е. сохраняет свой знак (Д-), несмотря на то, что в витке направление
тока изменилось. Щетка остается отрицательной.
При положении витка (фиг. 98) ЭДС и ток достигнут наибольшего зна-
чения, после чего пойдут опять на убыль и в исходном положении (фиг. 94,1)
65
оудут равны нулю. Все описанные явления за следующий оборот по
вторятся в той же последовательности.
Итак, какое бы ни было устройство коллектора в самом вращаю
щемся витке индуцируется ЭДС и течет ток переменного знача
и и я: во внешней же цепи в зависимости от системы колле к
тора будет поддерживаться переменный или постоянный ток.
Примечание. Моменты максимальных и нулевых значений ЭДС, индуци
руемой в витке, не вависят от того, кгСк расположено магнитное ноле. На фпг.
84—84 изображены горизонтальные силовые линии, а на фиг. 93—98 силовые ли-
нии направлены вертикально. Во вращающемся витке максимальная ЭДС инду-
цируется тогда, когда плоскость витка параллельна силовым линиям поля;
активные стороны витка при этом движутся поперек силовых линий. ЭДС не
индуцируется, когда пло кость витка перпендикулярна направлению си-
ловых линий, т. е. виток занимает нейтральное положение.
Па фиг. 99 внизу изображена приложенной к внешней цепи коллек-
тора-выпрямителя кривая ЭДС. Так же, как и для подобной кривой пере-
Фиг. 99. Кривая ЭДС, приложенной к внешней цепи коллектора-выпрямптеля.
менпой ЭДС (фиг. 90), каждая ордината этой кривой представляет собой
мгновенное значение индуцированной ЭДС, соответствующее положению
витка; по оси абсцисс отложены углы поворота. Кривая ие пересекает
ось абсцисс, — это показывает, что направление ЭДС во внешней цепи
сохраняется во все время полного оборота витка.
На фиг. 100 изображены: верхняя кривая—изменение ЭДС, индуциро-
ванной в витке за один оборот витка; нижняя та же ЭДС, но выпрямлен-
ная, т. е. приложенная уже к внешней цепи. При изучении этих кривых
необходимо обратить внимание на нулевую линию, пересекаемую верхней
кривой; нижняя кривая лежит вся поверх нулевой линии. Максимальные
и нулевые значения ЭДС обеих кривых совпадают по времени, это озна-
чает, что во внешней цепи напряжение следует точно изменениям ЭДС.
Из фиг. 100 ясно, что ток во внешней цепи, хоть и текущий все время
в одном направлении, но периодически меняющийся по величине, пред-
ставляет большие неудобства при практическом применении. Лампочка,
питающаяся таким током, будет мигать: то загорится ярко, то потухнет
совсем. Избежать этого можно было бы увеличением числа полюсов и
числа оборотов витка генератора с тем расчетом, чтобы накалившаяся
96
лампочки не успевала остыть при исчезновении тока и таким обра-
лоддерживала бы какой-то средней величины накал. Но давать боль-
число оборотов машине невыгодно. Можно выйти из положения и
1ШтЬ
зон
шое
нцаче.
В самом деле, если создать генератор не с одним витком, а с песколь-
-1МИ, расположив их так, что в то время как один какой-нибудь виток нахо-
«гся в нейтральном положении, т. е. не пересекает силовых линий, другие
витки находились бы вне этого положения. В них будет индуцироваться ЭДС,
а коллектор будет снимать с них ток и посылать его во внешнюю цепь.
Все динамомашины устроены именно таким образом, причем чем больше
Еитков будут перерезать силовые линии, тем ровнее будет ток.
§ 108. Ротор и якорь.
В динамомашинах витки
обмотки укрепляются на вра-
щающемся сердечнике, нося-
щем название ротора. Ротор
с обмоткой называется яко-
рем. Материалом для изго-
товления ротора служит мяг-
кое железо, так называемое
динамное железо, обладаю-
щее большой магнитной про-
ницаемостью (§ 66) и малым
гистерезисом (§ 69).
Железный ротор запол-
няет все межполюсное про-
странство машины и умень-
шает сопротивление магнит-
ной цепи. Кроме того благо-
даря железному ротору си-
ловые линии ноля не рас- Фиг 100 Вверху
— кривая ЭДС в витке; внизу —
свиваются, а располагаются та же ЭДС, но выпрямленная, т. е. приложенная
именно там, где активные К внешней цепи коллектора выпрямителя,
стороны обмотки ротора
будут пересекать все силовые линии, причем каждая силовая линия
будет пересечена за один оборот дважды — один раз под северным и
второй раз под южным полюсами.
Таким образом железный ротор служит:
1. Для уменьшения сопротивления магнитной цепи и для отвода сило-
вых линий в требуемом направлении.
2. Для поддержания обмотки.
§ 109.	Кольцевой якорь.
Роторы бывают двух типов—кольцевые и барабанные. Иа фиг. 101 и
102 изображен кольцевой якорь, снабженным обмоткой, состоящей из
8 витков. Вигки соединены друг с другом последовательно. Магнитный
поток в теле якоря направлен к южному полюсу по обеим половинам
кольцевого якоря. Активными сторонами витков являются
участки их, расположенные по внешней стороне кольца.
7 Ю. Е Кедрин.	Й7>
В положении кольца, изображенном на фиг. 101, силовые линии нерерс-
ваются витками 2, 3, 4, 6, 7, 8. В них следовательно индуцируется ЭДС.
Витки 1 и 5, расположенные но нейтральной линии, не пересекают сило-
вых линий. При указанном стрелкой направлении вращения якоря, при.
мененисм правила Флеминга, нетрудно определить, куда будет направлена
ЭДС. Направление ее в каждом витке указано стрелками.
Примечание. При пользовании правилом Флеминга необходимо иметь
в виду, что средний отогнутый палец указывает направление индуцированной
ЭДС (или тока! в активной стороне витка, т. е. той, которая располо-
жена по внешней поверхности кольца. В витках у северного полюса сред-
ний палец будет указывать на чертеж, т. е. от читателя, а у южного полюса —
на читателя.
Каждый виток носит название секции или элемента обмотки. По обе
стороны от нейтральной линии имеется по ровному количеству секций,
например по четыре
(фиг. 102). Так как
кроме того магнитный
поток распространя-
ется по кольцу сим-
метрично, т. е. равное
количество силовых ли-
ний идет по верхней
н по нижней полови-
нам, вследствие чего
симметрично располо-
женные относвтельно
нейтральной линии вит-
ки пересекают одина-
ковое количество сило-
вых линий в единицу
времени, то значения
индуцированной ЭДС
в обеих половинах об-
।
i
Фиг. 101. Схема кольцевого якоря (кольцо Грамма), мотки равны между
собой. Иными словами,
ЭДС, индуцированная в 1, 2, 3, 4 витках, равна ЭДС,
возбужденной в 5, 6, 7, 8 витках (фиг. 102).
§ 110.	Параллельные ветви обмотки.
Благодаря двум полюсам описываемой машины вся обмотка, ока-
залось, представляет собой две параллельные ветви:
правая—с витками 1, 2, 3, 4 и левая—с витками 5, 6, 7, 8. ЭДС, инду-
цированная в обеих ветвях, как видно из фиг. 102, направлена от витков
4 и 5 вверх в обеих ветвях.
Между витками 8 и 1 можно представить себе некоторую точку а;
если к этой точке не присоединять никакого проводника, то ЭДС, инду-
цированные в ветвях, в точке а, взаимно уничтожатся, не создав в обмотке
никакого тока. Если же в точке а припаять проводник, другой конец
которого присоединить к изолированной пластинке 1 коллектора, то ЭДС
в ветвях обмотки создадут токи, которые устремятся по обеим няням
к точке а и далее на пластину 1 коллектора.
С8
Если в моменты, изображенные на фиг. 101 и 102, щетка, обозна-
ченная знаком плюс (-}-), будет касаться пластины 1, то ток напра-
вится на щетку и Дю прикрепленному к ней проводу потечет во внешнюю
цепь.
Так как длительный ток может поддерживаться только в замкнутой
цепи, то другой конец внешней цени должен быть присоединен к обмотке
якоря.
Наиудобнейшим расположением точки, через которую ток из внешней
цепи мог бы вернуться в обмотку, будет точка Ъ, так как через эту
точку ток из внешней цепи, попадая в витки 5 и 4, не встретит никакой
противодвижущей силы. От точки Ъ проводник ведет к пластине 5 коллек-
тора, к которой в данный момент прижимается щетка, обозначенная зна-
ком минус (—) (фиг. 102). К этой-то щетке и присоединяется
второй конец внешней цепи.
Фиг. 102. Кольцевой якорь повернут на 22,5° относительно
фиг. 104.
Необходимо помнить, что щетки неподвижны, отчего к ним легко
присоединять провода. Путь тока в щетках и во внешней цепи изобра-
жен стрелками. В точке Ь ои разветвляется на обе параллельные ветви
обмотки.
В следующий момент кольцевой якорь повернется иа некоторый угол
так, что нейтральная линия будет делить всю обмотку на две параллель-
ные ветви между 7 и 8 витками—вверху и 3 и 4 витками—внизу.
Совершенно так же рассуждая, т. е., если не дать выхода для токов,
стремящихся из обеих ветвей к виткам 7 и 8, ЭДС, индуцированная
в обеих ветвях, взаимно уничтожится. Во избежание этого нужно в точке
а' припаять проводничок, другой конец которого укрепить на изолирован-
ной пластине 8 коллектора. Пластина 8 будет находиться под щеткой
плюс ( + ), через которую ток опять устремится во внешнюю цепь. Если
таким же способом соединить точку Ь' между витками 4 и 3 с пластиной
4 коллектора, то при подходе последней к неподвижной щетке минус (—),
ток из внешней пени через щетку (—) направится на пластину 4 кол-
41
09
лектора, а с ное на шг/ок	причем в точке Ъ‘ ток разветвится и
направится по обеим параллельным ветвям.
§ 111.	Число пластин коллектора.
В нашем примере (фиг. 102) за каждую восьмую часть оборота
якоря, т. е. через каждые 45°, обо щетки будут перекрывать новые пла-
сгоны коллектора. За полный оборот все витки поочередно пе-
ребывают иа нейтральной линии и будут принимать ток из обеих
параллельных ветвей и посылать его на ту пластину коллектора, кото-
рая в соответствующий момент перекрывается щеткой (-J-). Дпамв1рально
противоположная щетка будет принимать ток из внешней цепи. Поэтому
все пластины коллектора должны быть соединены с со-
ответствующими витками и изолированы друг от друга. Изолиро-
ванными пластины должны быть для того, чтобы ток можно было напра-
вить через щетку во внешнюю цепь, а также и для того, чтобы секции
не были коротко замкнуты. Изоляция изображена на фиг. 101 и 102 за-
черненными промежут-
ками между пластинами.
Таким образом число
пластин коллектора со-
ответствует числуэлемен-
тов или секций обмотки.
Места витков, к кото-
рым припаиваются про-
водники, соединяющие их
с пластинами коллек-
тора, являются точками
начала одного витка (или
секции) и конца сосед-
него. Например точку а
можно" рассматривать как
начало витка 1 и конец
витка 8, точку Ъ— как
начало витка б и конец
'•	' витка 4 и т. д.
Фиг. 103. Кольцевой якорь с секциями из трех витков. Каждая секция может
состоять не из одного
витка, а из нескольких витков, как изображено на фнг. 103. В этом слу-
чае в каждой нз восьми секций, при пересечении силовых линий будет
индуцироваться ЭДС соответственно большего значения. Число пластин
коллектора попрекнему равно числу секций.
Па фиг. 103 положительная щетка расположена вниву чертежа, тогда
как на схеме фиг. 101 она—вверху. Эго объясняется разным расположе-
нием витков обмотки на схемах обоих якорей.
О месте расположения щеток можно высказать общее правило: п о-
ложительная щетка находится подле той секции, к которой
в любой момент времени сходятся из параллельных ветвей
обмотки тока противоположного направления; отрица-
тельная щетка расположена подле секции, от которой токи рас-
ходятся в обе ветви обмотки. Направление токов в витках определяется
обычно правилом Флеминга (трех пальцев правой руки).
100
§ 112.	Кривая тока.
Графически изменение ЭДС, индуцированной в кольцевом якоре (фиг.
102 и 103), можно изобразить в виде кривой СС (фиг. 104). По оси
абсцисс отложены углы поворота якоря, по оси ординат — соответствую-
щие значения ЭДС. Пунктирные кривые АА' и ВВ' изображают измене-
ние ЭДС в каждой паре катушек, лежащих по одну сторону нейтральной
линии. Обе этн кривые показывают, что ЭДС в каждой паре катушек
нарастает через 90° (точки а—а и а'—«'); после каждого максимума,
через 45°, ЭДС спадает до наименьшего значения (точки b—Ъ и Ъ'—Ь').
Эти моменты чередуются также через 90° поворота якоря. Моменты наи-
большего значения ЭДС в обеих парах катушек не совпадают друг с дру-
гом. В таких случаях говорят, что кривые сдвинуты относительно друг
друга. Сдвиг их равен 45°. Физически это можно представить себе так,
что когда в какой-нибудь паре катушек, как например в 1-й и во 2-й
(фиг. 103), ЭДС имеет наименьшее значение, в другой паре (в 3-й и
4 й катушках) она наибольшая. Через 22,5° ЭДС в обеих парах срав-
няются, а еще через 22,5° в 1-й и во 2-й катушках ЭДС будет наиболь-
шая, а в 3-й и 4-й — наименьшая.
Так как все 4 катушки, образующие
одну параллельную другим четырем
катушкам ветвь, соединены последо-
вательно, то их ЭДС слагаются.
Если ординаты пунктирных кривых
фиг. 1С4 также сложить, то и полу-
чится жирная кривая ССС, показы-
вающая изменение суммарной ЭДС,
индуцированной в одной ветви, со-
стоящей из четырех катушек или
секций.
Фиг. 104. Кривые ЭЛС: АЛ' и ВВ'—
в каждой паре секций; СС'—в 4 секциях,
составляющих одну параллельную ветвь
якоря.
Кривая показывает, что ЭДС никогда не достигает нулевого значения.
Кроме того разница между наибольшими и наименьшими значениями ее
очень невелика. Колебания ЭДС незначительны. Если изложен-
ные рассуждения приложить к случаям 16, 32 и т. д. катушек, образую-
щих обмотку якоря, то можно заключить, что с увеличением их числа
колебания приложенного к внешней цепи напряжения становятся все
меньше и меньше и практически могут быть сведены к нулю.
§ 113.	Недостатки кольцевого якоря.
Кольцевой якорь обладает существеапыин недостатками, закпочающи-
ыися в следующем:
1.	Части обмотки, расположенные внутри кольца и по торцевым его по-
верхностям, совсем не перерезают силовых линий, и с этой точки вреиия
бесполезны.
2.	Благодаря значительной воздушной полости внутри кольца ротор-
кольцо не вполне удовлетворяет требованию уменьшения магнитного со-
противления межполюсного пространства.
3.	Затрутняет применение при сборке якоря готовых отдельных ча-
стей (секций) обмотки, изготовленных шаблонным образом, допускающих
простую замену испорченных секций новыми без разматывания всей
обмотки.
101
§ 114.	Барабанный якорь.
В настоящее время динамомашины снабжаются барабанными якорями»
сердечник которых представляет собой цилиндр с небольшим отверстием
внутри, служащим для охлаждения барабана. Обмотка накладывается на
внешнюю поверхность барабана, параллельно его продольной оси, являю-
щейся его осью вращения (фиг. 105). Сердечник обычно имеет значи-
тельную длину, отчего удлиняются и активные стороны обмотки.
Фиг. 105. Способ на-
ложения обмотки на
барабанный якорь.
§ 115. Магнитный поток в сердечнике якоря.
На фиг. 106 изображен вращающийся в магнитном поле подковообраз-
ного магнита цилиндр. При каждом полуобороте полюсность цилиндра ме-
няется. На фиг. 106, /, иа той стороне цилиндра, где имеются две
прорези, образовался полюс S. Когда цилиндр
сделает полуоборот, на
той же стороне ци-
' лнндра окажется по-
люс N вместо быв-
шего там полюса S
(фиг. 106, //).
При значительном
числе оборотов такого
цилиндра в нем будет
меняться полюсность,
т. е. будет проис-
Фиг. 107. Токи Фуко и слоение ротора.	ходить перемаг-
ничивание. По-
следнее обстоятельство создает явление индукции: во вращающемся
цилиндре будет индуцироваться ЭДС, которая вызовет в толще цилинд-
ров электрические токи.
§ 116. Токи Фуко.
Токи, возникающие в массивных проводниках вслед-
ствие изменения в них магнитного поля, называются
токами Фуко.
Описанные явления наблюдаются в якорях динамомашин при враще-
нии их в магнитном поле.
Токи Фуко всегда бывают направлены под прямым
углом к направлению магнитного поля. Если произвести сече-
ние барабанного якоря-ротора горизонтальной плоскостью так, как пред-
ставлено на фиг. 107, /, то в любой момент времени, при вращении ро-
102
1ОРЙ> В теле бГ0 бУДУТ Циркулируя ьти™ ч>-угил-___________________
тора> параллельное горизонтальной плоскости, ни рассматривать, в каждом
вз них будет наблюдаться та же картина циркуляции токов. При указан-
ном иа фиг. 107 направлении вращения ротора направление токов Фуко
будет такое, какое изображено на фигуре.
3 Токи Фуко, как и всякие токи, во-первых, нагревают проводник и,
во-вторых, создают свои магнитные поля, взаимодействующие с основным
полем полюсов. Нагревание ротора может быть довольно значительным,
что будет угрожать целости изоляции обмотки, помещающейся на роторе.
Избежать совершенно возникновения токов Фуко невозможно, так как
они являются следствием закона индукции. Некоторыми мероприятиями
можно только уменьшить силу токов и таким образом уменьшить их вред-
ные последствия.
По закону Ома уменьшить силу тока можно, <-\ПГ7г>
увеличив сопротивление проводника. Таким <^>
образом, если ротор изготовить из отдельных	. Л
железных л исто в-дисков, как изображено на Р , Д И
фиг. 107, //, причем диски изолировать друг	Я
от друга, то токи Фуко, хотя и будут ивдуци- v? V—'
роваться в толще каждого диска, во сила их	с\А
вследствие малой толщины диска (т. е. значи-
тельного сопротивления диска) будет незначи-
тельная. Практически толщина листов-дисков Фиг. 108. Один из дисков, пз
не превышает 0,5 мм. Изоляция между ли- КОТОРЫХ составляется ротор,
стами лаковая или из листов тонкой бумаги.
Роторы для генераторов небольших мощностей собираются из дисков,
насаживаемых непосредственно на вал, на шпонке. Диски стягиваются
болтами. Края дисков имеют впадины (фиг. 108), которые в собранном
роторе образуют долевые канавки, куда укладываются провода обмотки.
§ 117.	Обмотка барабанного якоря.
Изолированный провод укладывается в долевые канавки ротора таким
образом, чтобы активная сторона, уложенная под северным полюсом,
имела своим продолжением активную сторону, расположенную под полю-
сом южным. При соблюдении этого правила ЭДС, индуцирующиеся в обеих
таким способом уложенных активных сторонах, будут складываться, как
направленные в одну и ту же сторону вдоль провода, и не будут противо-
действовать друг другу. Две активные стороны, лежащзе под разноимен-
ными полюсами, образуют одну секцию обмотки.
На фиг. 109 показан способ наложения обмотки на барабанный якорь*
Кружки обозначают торцы активных сторон обмотки, уложенных в доле*
выо канавки барабана. Если начать укладывать провод от точки 1 в до-
левую канавку под тем же номером, расположенную против северного
полюса, то затем по заднему торцу (пунктирная линия) переходят к точке
например 8, расположенной против южного полюса, от которой ведут
провод по восьмой канавке вдоль барабана к переднему его торцу.
Таким образом после укладки первой активной стороны (фиг. 109)
производится укладка восьмой активной стороны, т. е. через 7 проводни-
ков в направлении движения часовой стрелки. После того, как будет уло-
жена восьмая активная (сторона, провод тянется по переднему торцу
(сплошная линия) для уфяадки третьей активной стороны, т. е. провод
103
11вл(гнип; обратн()М движем
^озвращи,^7,гар^сле того, как будет уложена третья активная сторона,
помадному торцу переходят опять через 7 проводников по направлению
часовой стрелки, к долевой канавке 10, а после десятой активной сто-
роны возвращаются, как п ранее, через 5 проводников назад к канавке
пятой, уже опять по переднему торцу барабана и т. д. все время через
Фиг. 109. Порядок положения
петлевой обмотки.
Фиг. ПО. Схема готовой пет-
левой обмотки.
7 проводников вперед и через 5 назад, до тех пор, пока провод не воз-
вратится к точке 1. Здесь оба конца обмотки спаиваются. Законченная
схема такой обмотки представлена на фиг. 110.
§ 118.	Шаг обмотки.
Разность номеров уложенных друг за другом активных сторон назы-
вается шагом обмотки. Различается шаг по переднему торцу и шаг—
по заднему. Шаг, отложенный по
часовой стрелке, называется ша-
гом вперед, а шаг, отложенный
в противоположном направлении
(против часовой стрелки), назы-
вается шагом назад. 1) схеме
обмогки (фиг. 110) получаем шаг
Фиг. 111. Слева—магнитное поле безротора; Впе₽еД РаВНЫМ 7’ а ШаГ назад “
справа то же, с ротором между полюсами. Равнь1Ы б.
Число активных сторон об-
мотки должно быть обязательно четным, но число секций обмотки, а следо-
вательно п число пластин коллектора (§ 111), может быть и нечетным.
Например при числе активных сторон равном 42, число секций и пластин
коллектора будет 42:2 = 21.
104
§ 119.	Четырехиолюсный генератор.
На фиг. 111 изображено направление силовых линий четырехполюсной
-ииамомашины. В левой части этой фигуры силовые линии располагаются по
кратчайшему расстоянию между полюсами. Правая часть показывает, какое
значение имеет железный ротор, заполняющий собой межнолюсиоо про-
странство: все силовые линии направлены сквозь ротор, и каждая актив-
ная сторона пересекает магнитный поток не дважды, как это было лрп
двух полюсах, а четыре раза—два раза код одной парой полюсов и два
раза под другой.
С дальнейшим увеличением числа полюсов пересечение силовых линий
каждой активной стороной за полный оборот ротора у >еличивается.
§ 120. Тины обмоток
Существуют раз-
личные типы обмоток
барабанных якорей.
Рассмотрим два из них:
1) параллельная
обмотка, или петлевая,
2) последовательная
обмотка, или волновая.
Параллельной об-
моткой называется об-
мотка якоря, у которой
число параллельных
ветвей (§ ПО) равно
числу полюсов.
На фиг. 112 изо-
бражена схема четы-
рехполюсной динамо-
машины с параллель-
ной обмоткой якоря.
Обмотка уложена по
указанному выше пра-
вилу. Шаг вперед по
Фиг. 112. Схема четырехполюсной дннамомашины
с параллельной (петлевой) обмоткой на якоре.
заднему торцу ротора взят равным 5, шаг назад по переднему торцу —
равным 3. Точки и крестики на торцах проводников обозначают направ-
ление тока в обмотке, определенное но правилу трех пальцев (Фле-
минга). Крестик (зад стрелки) означает, что ток идет за чертёж, точка
(острие стрелки) — ток идет на читателя.
Стрелки на проводах переднего торца поставлены на основании рас-
смотрения направления токов в активных сторонах. Например в проводе,
соединяющем пятнадцатую и вторую активные стороны, ток течет ко вто-
рой активной стороне, так как в пятнадцатой он направлен к читателю,
а во второй от читателя. В проводе, соединяющем тринадцатую и шест-
надцатую активные стороны, токи с двух сторон текут к точке о; по
изложенному ранее (§ 111) против точки о должпа помещаться щетка
плюс. Как раз на противоположной стороне якоря провод, соединяющий
активные стороны б и 6, имеет такую же точку о', к которой опять-таки
стекаются токи. Очевидно, и с этой стороны коллектора необходимо по-
10Б
ставить щетку, которая также должна оыть ооозначена на усг от
обеих плюсовых щеток помешаются отрицательные щетки. Одноименные
щетки попарно соединяются и работают параллельно друг другу. К поло-
жительным щеткам присоединяется внешняя цепь, обойдя которую ток
возвращается в обмотку через обе отрицательные щетки, разветвляясь
в точках b и Ъ’ па четыре параллельные цепи. Если числа пар
полюсов обозначить буквой р, а число пар параллельных цепей обмотки
якоря — буквой а, то можно написать, что:
2а — 2р,
т. е. изображенная на фиг. 112 параллельная обмотка имеет
столько же параллельных цепей, сколько динамомашина
имеет полюсов, т. е. четыре.
При изучении обмоток очень удобно
изображать
их в развернутом
виде так, как представлено на фиг. 113. Эго
Фнг. ИЗ. Развернутый вид петлевой обмотки, изо-
браженной на фиг. 112.
что параллельная или петлевая обмотка имеет
та же обмотка, что и на
фиг. 112. Здесь все че-
тыре полюса располо-
жены рядом. Активные
стороны представлены
прямыми линиями, про-
нумерованнымиот! до 16.
В нпжней части развер-
нутой схемы показаны
соединительные провод-
ники переднего торца
барабана, а еще ниже раз-
вернутые пластинки кол-
лектора, щетки и внеш-
няя цепь. Вверху схемы
показаны соединения на
заднем торце, т е. те,
которые на фиг. ‘112 на-
несены пунктиром. Из раз-
вернутой схемы видно,
один шаг в одну сторону —
вперед и другой в обратную — назад, отчего и получается вид петли
н Уз = 01 ± 2.
§ 121. Формулы для определения шагов параллельной обмотки.
Для наложения обмотки иа сердечник предварительно высчитываются шаги
обмотки по формулам. Если шаг на заднем торце сердечника обозначить через у1г
а на переднем — через у2, то для определения yt и у« служат формулы:
8 4-Ь
где 8 — число активных сторон обмотки,
2 р —число полюсов (р — число пар полюсов),
b— любое целое число (О или 1, или 2 и т. д.), так подобранное, чтобы шаг у2
был нечетным н целым числом. Для обмотки фнг. 112 и 113 имеем: 8=16,
2р = 4, и для того чтобы Ух было нечетным и целым числом, Ь взято равным 4
и тогда:
8 + 6	16 4-4 „	_
01 =	= 3 или 5.
Если взять Ух — 3, то у2 =	+ 2 = 3 4- 2 = 5.
Если Pi = 5, то Уз = Ух + 2 = 7 или 3,
106
Совершенно безразлично, что выбрать для ус.З или 5. Для обмоткн фиг. 112,
113 взяты шаги yt = 5 и уа = 3.
Правильный расчет шагов должен привести к соединению обоих концов обмотки
друг с другом, т. е. обмотка дол лена замкнуться сама на себя.
§ 122. Последовательная или волновая обмотка.
Последовательной на-
зывается обмотка, кото-
рая разбивается только
на две параллель-
ные ветви, незави-
симо от числа по-
люсов. Каждая ветвь
состоит из большего числа
витков, чем с таким же
числом активных сторон
параллельная обмотка,
отчего и напряжение
на ее зажимах бу-
дет выше.
На фиг. 114 изобра-
жена последовательная
обмотка, а на фиг. 115
ее развертка.
Из фигур видно, что:
у, = 6 — 1 = 5 и Рнс. 114. Схема последовательной (волновой) обмотки.
2/а=11—6 = 5.
Оба шага идут в одну и ту же сторону (в данном случае вперед), что
н является характерным для последовательной обмотки.
*—WMWVV—
Фиг. 115. Развертка последовательной обмоткн.
Шаги должны быть целыми и нечетными числами, по возможности
равными друг другу, а сумма общих шагов должна быть целым и чет-
ны м числом. Сумма шагов определяется выражением:
где S — число активных сторон, р — число пар полюсов.
107
Если взять Л равным 18, то сумма шагов может быть равной 10 или 8. В пер-
вом случае оба шага равны друг другу:	— 5, у3 = 5; во втором случае: ух = 5,
£/3 = 3 (шаги должны быть нечетные).
§ 123. Электромагниты динамомашип.
Как выяснено выше, наличие магнитного ноля является необходимым
условием работы дшамомашины. До сих пор рассматривалось схематиче-
ское устройство динамомашины, причем магнитное поле предполагалось
созданным постоянным магнитом. Однако в генераторах, применяющихся
для получения электрической энергии для освещения и технических
целен, — для создания магнитного поля в индукционных катушках и пр.,
магнитное поле создается электромагнитами. Недостаток постоянных маг-
нитов для этой цели заключается в том, что, применяя их в динамома-
менять интенсивность их
поля, чем, как увидим далее,
шииах, нельзя
Обмотка изоляционной лентой-
Фиг. 116. Электромаг-
ниты (обмотка возбуж-
дения) и катушка для
одного сердечника.
широко пользуются для
регулирования напряжения
на зажимах динамомашип.
Только магнитные поля гене-
раторов, служащих для уз-
ких целей, как например
индукторов, применяемых
в телефонной сигнализации
или магнето, воспламеняю-
щих горючую смесь в дви-
гателях внутреннего сгора-
ния, создаются помощью по-
стоянных магнитов.
Полюса всякого генера-
тора представляют собой
видоизмененные подково-
образные магниты. Они со-
стоят (фиг. 116) из я р м а
и сердечников с об-
моткой. Сердечники окан-
чиваются так называемы-
ми полюсными башмаками,
укрепленными таким образом, что якорь может вращаться между ними.
Остов или ярмо и сердечники изготовляются из мягкой литой стали,
легко отливающейся в нужную форму; литая сталь обладает значительным
остаточным магнетизмом, что крайне важно (§ 126), и кроме того не
уступает железу в магнитных свойствах. Материал полюсных башмаков—
мягкое железо. Обмотки электромагнитов изготовляются пз изолированной
медной проволоки, но большей части круглого сечения.
§ 124. Обмотка возбуждения динамомашип.
На фиг. 116 изображен остов четырех полюсной динамомашины и
отдельно от нее — полюсная катушка, надеваемая на сердечник электро-
магнита. Все катушки электромагнитов, сколько бы их нп было, соеди-
няются последовательно, причем направление тока в них должно быть
таково, чтобы на соседних сердечниках образовались разноименные по-
люсы (фиг. 117), иначе говоря, чтобы полярность сердечников чередовалась.
108
Катушки электромагнитов называются обмоткой возбуждения
^днамоыашии.	<
Питание током обмотки возбужаепия может быть осуществлено двумя
способами: или от постороннего источника постоянного тока (элементов,
аккумуляторной батареи пли от маломощной динамомашины) или током
от самой ясе динамомашины. По этому признаку все генераторы можно
подразделить на два класса:
1) генераторы с независимым возбуждением,
2) генераторы самовозбуждающиеся.
§ 125. Динэмомапшны с независимым возбуждением.
Машину первого класса можно представить себе, если вообразить,
что концы а в b обмотки возбуждения, изображенной на фиг. 117, при-
соединены к зажимам например аккумуляторной батареи. В таком случае
ток, идущий из аккумулятора по сбмоткс возбуждения, создает в ярме
и сердечниках магнитные силовые ли-
нии, замыкающиеся так, как изобра-
жено пунктиром на фиг. 117. При пере-
сечении этих силовых линий активными
сторонами обмотки якоря в ней инду-
цируется ЭДС. Генераторы этого
класса, т. е. с независимым воз-
буждением, применяются редко и
рассматриваться вами не будут.
§ 126. Дниамоиашины с самовозбу-
ждением.
Способ самовозбуждения динамо-
Фиг. 117. Направление витков обмотки
» возбуждения.
машины постоянного тока основан на
том, что якорь под влиянием прило-
женной к нему механической энергии,
начинает вращаться в слабом магнитном поле, создаваемом оста-
точным магнетизмом ярма. Вследствие этого в обмотке якоря
индуцируется небольшая ЭДС. Если концы обмотки возбуждения будут
так или иначе (§ 127) присоединены к щеткам коллектора, то индуци-
рующаяся в обмотке якоря ЭДС создаст слабым ток, который со щеток
коллектора пройдет в обмотку возбуждения и усилит магнитное поле
остаточного магнетизма. Витки обмотки якоря будут пересекать уже боль-
шее число силовых линий, что повлечет за собой возрастание в них ЭДС
и дальнейшее увеличение силы тока. Последнее обстоятельство опять-
таки усилит магнитное поле машины, еще увеличится число пересекаемых
обмоткой силовых линий, отчего возрастает ЭДС в ней и т. д. В самом
начале вращения якоря ЭДС растет быстро, затем все медленнее и нако-
нец перестает возрастать под влиянием наступившего равновесия между
значением индуцированной в обмотке якоря ЭДС, с одной стороны, и сум-
мой падения напряжения в якоре и во внешней цепи, — с другой.
§ 127. Способы включения обмотки возбуждения.
Итак в динамомашинах с самовозбуждением обмотка электромагни-
тов питается током, создаваемым самой динамомашиной. Концы обмотки
ioqj
возбуждения следовательно должны быть присоединены так, чтобы
в обмотку шел ток.
По способу включения концов обмотки возбуждения в цепь обмотки
якоря существует три типа генераторов постоянного тока:
1)	генераторы с параллельным возбуждением или шунтовые генера-
торы (от английского слова „шент“ — разветвляться);
2)	генераторы с последовательным воз-
буждением, так называемые сериес-машины
(от английского слова „сериес**— подряд);
3)	генераторы смешанного возбуждения,
или компаунд.
Фнг. 118. Схема шунтового
генератора.
§ 128.	Три типа генераторов.
На фиг. 118 схематически изображен
шунтовой генератор. К щеткам генератора,
к которым присоединена внешняя цепь,
присоединяются и концы обмотки возбужде-
ния. Щетка плюс (-|-), снимающая ток с
коллектора при вращении якоря я, напра-
вляет его по двум параллельным ветвям,
как указывают стрелки. Следовательно ток
на щетке (-}-) разветвляется, откуда и происходит название динамо
шунтовой или динамо с параллельным возбуждением.
На фиг. 119 изображена динамо с последовательной обмоткой возбу-
ждения или сериес-динамо. Ток со щетки плюс, никуда не ответвляясь,
направляется в обмотку возбуждения и далее «уже во внешнюю цепь.
На фиг. 120 представлена динамомашина-компаунд, имеющая две
самостоятельные обмотки возбуждения. Одна из них (сериес) включена по-
Фиг. 119. Схема генератора
сериес-
Фиг. 120. Схема генератора
компаунд.
следовательно внешней цепи, вторая (шунт)—параллельно ей и внешней
цепи. Таким образом машина-компаунд представляет собой комбинацию
из машин с последовательной и параллельной обмотками возбуждения.
Из всех трех типов динамомашин наибольшее применение получили
шунтовые и компаунд. Сериес-динамомашины устанавливаются редко.
Для целей воспламенения смеси в цилиндрах двигателей внутреннего
1Ю
сгорания и попутно для зарядки аккумуляторов применяются исключи-
тельно шунтовые генераторы, которые и рассматриваются здесь.
§ 129.	Шунтовая дппамомашнна.
Так как в шунтовой динамо к обмотке возбуждения приложено то же
напряжение, что и ко внешней цепи, то сила тока в шунте, согласно
закону Ома, будет определяться его сопротивлением. Обыкновенно сила
тока в шунтовой обмотке не превышает 5—6% от силы тока в обмотке
якоря. Очевидно при такой незначительной силе тока для получения
необходимых ампервитков для намагничивания полюсов динамо требуется
придать обмотке возбужтения значительное число витков. Таким образом
сопротивление шунтовой обмотки возбужденпя довольно велико (от 2—3 2
для малых машин, до 12—14 2 в больших машинах).
§ 130.	Внутреннее падение напряжения генератора.
Выше указывалось (§ 102), что значение индуцированной в обмотка
ЭДС зависит: 1) от плотности магнитного поля, 2) числа оборотов и 3) число
витков обмотки.
При замкнутой внешней цепи все количество электричества, текущего
в ней и в обмотке возбуждения, протекает и по обмотке якоря, иными
словами, сила тока в якоре (7Я) равна силе
тока во внешнрй цепи (?у) плюс сила тока
в шунте (?щ).
•4 = г'ц+«1п (амнер) (фиг. 121).
Так как на всяком участке цепи про-
исходит падение напряжения, определяемое
по закону Ома:
E = J-R (вольт),
Фиг. 121. Сила тока в яко(е
равна сумме токов в шунте и
во внешней цепи.
то очевидно в обмотке якоря, т. е. на участке цепи между щеткой
минус (—) и щеткой плюс (+), произойдет так называемое внутрен-
нее падение напряжения генератора.
Если обозначить значение индуцированной в обмотке якоря ЭДС
через Е, то принимая во внимание падение напряжения в обмотке
якоря, на зажимах генератора мы будем иметь меньшее, нежели Е, напря-
жение. Пусть сопротивление обмотки якоря (обычно десятые доли ома)
будет обозначено через г,,, тогда падение напряжения в обмотке якоря
выразится:
(вольт).
Вычитая это выражение из Е, получим напряжение е на зажимах
генератора:
е = Е—7я-гя (вольт).
§ 131. Напряжение на зажинах шунтового генератора.
Обычно сила тока во внешней цепи не остается постоянной во время
работы генератора, а меняется в зависимости от изменения нагрузки 1
сети (внешней цепи).
1 Нагрузка увеличивается путем уменьшения сопротивления внешней цепи гц-
111
Эго становится понятным, если представить себе, что не все прием-
ники тока включены одновременно: одни из них включаются, другие
выключаются. Следуя изменениям нагрузки, сила тока
в якоре также меняется. Вследствие этого по остается постоян-
ным и второй член правой части предыдущего выражения: он изменяется
с изменением /я, отчего меняется и напряжение на зажимах генера-
тора е.
Напряжение па зажимах шунтового генератора умень-
шается с увеличением силы тока в сети.
Измерив вольтметром напряжение на зажимах генератора, зная затем
силу тока в якоре и сопротивление его обмотки, легко определить зна-
чение ЭДС, индуцированной в обмотке якоря, из выражения:
E = e-j-Ja-rx (вольт).
Пример. Определить ЭДС (Е), развиваемую шунтовой динамомаши-
пой, если напряжение на зажимах динамо е = 14 V, сопротивление об-
мотки якоря гя == 0,1 2, сопротивление шунтовой обмотки гт — 4 2,
и сопротивление внешней цепи гц=1,4 2.
Решение. Сила тока во внешней цепи:
Сила тока в шунтовой обмотке:
«= — = -^- = 3,5 А.
ш г 4
ш	Л
Сила тока в якоре:
7„ = гц-Нш = 10 А+3,5 А = 13,5 А.
Падение напряжения в якоре:
/я гя= 1,35 А 0,1 = 1,35 V.
ЭДС, индуцированная в обмотке якоря:
Е = е+/я гя = 14 4-1,35 = 15,35 V.
Уменьшение напряжения на зажимах динамомашины от увеличения
силы тока в сети и следовательно в обмотке якоря происходит не
только вследствие потерь в обмотке якоря (определяемых про-
изведением «7я гя), но и вследствие того, что с уменьшением напряже-
ния на зажимах (или щетках) динамо в шунтовую обмотку возбуждения
ток ответвляется меньшей силы = отчего падает плотность ма-
гнитного поля и уменьшается значение индуцируемой в обмотке якоря
ЭДС (Е).
Таким образом с увеличением силытока во внешней цепи
уменьшается напряжение (разность потенциалов) на
зажимах динамо машины вследствие:
1) внутреннего падения напряжения динамо;
2) уменьшения значения индуцированной ЭДС благо-
даря ослаблению магнитного поля.
112
Пример. Предположим, что сопротивление внешней цени предыду-
щего примера уменьшилось вдвое, т. е. вместо гц = 1,4 S, стало г> —
0,7 2. Тогда в первый момент сила тока вэ внешней цепи должна
быть:
i't «= в:	= 14:0,7 —• 20 А (вместо 10 А).
По сила тока в обмотке возбуждения в первый момент останется
прежней, т. е. г‘ш = 3,5 А.
Сила тока в якоре увеличится:
Л = г\+гш = 20 А3,5 А = 23,5 А (вместо 13,5А).
Падение напряжения в обмотке якоря должно также увеличиться;
<7'ягя= 23,5-0,1 = 2,35V (вместо 1,35V).
Тогда, принимая в расчет, что индуцированная в обмотке якоря ЭДС
осталась прежняя (Е= 15,35 V), напряжение на зажимах станет меньше
на величину Je гя = 2,35 V
е' = Е — .Г я гя = 15,35 — 2,35 = 13 V.
Уменьшение напряжения на зажимах сейчас же скажется на силе
тока как внешней цепи, так и в шунтовой обмотке возбуждения.
Сила тока в цепи окончательно установится:
i = e' :г = 13 V: 0,7 2= 18,5 А,
а в шунте:
2ш = d: гш = 13 V: 4 2 = 3,25 А (вместо прежних 3,5 А).
Уменьшение силы тока в шунте должно сказаться на ЭДС (S) в об-
мотке якоря, значение которой уменьшится, что повлечет за собой еще
большее уменьшение напряжения на зажимах.
Итак с уменьшением сопротивления внешней цепи
в два раза сила тока в ней возрастает не в два раза, а
в меньшее число раз, причем раз-
ница будет тем больше, чем больше вну-
треннее сопротивление генератора.
§ 132. Характеристика шунтовой
дппамомашниы.
Зависимость напряжения на зажимах
динамомашины от силы тока во внешней
цепи, т. е. от нагрузки, можно предста-
вить графически некоторой кривой. Эта
Фиг. 122. Схема для снятия внеш-
ней характеристики шунтового
генератора.
кривая носит название внеш-
ней характеристики динамомашины.
Внешняя характеристика снимается опытным путем, причем число
оборотов якоря поддерживается постоянным. При снятии характеристики
пользуются амперметром А, включаемым во внешнюю цепь последова-
тельно, и вольтметром V, оба зажима которого присоединяются к двум
зажимам генератора (фнг. 122). Еели в какой-нибудь момент времени
сделать одновременно наблюдения по вольтметру и амперметру, то,
откладывая амперы по оси абсцисс, а вольты по осн ординат, получим
8 Ю. Е. Кедрин-
113
две точки а и Ъ (фиг. 123); через эти точки проводятся прямые ц
йЛЛ, параллельно осям координат до пересечения их в точке Mt. Точка
Mi указывает состояние дннамомашины, т. е. при силе тока в цепи рав-
ной а, напряжение на зажимах равно 6. Изменив силу тока во внешней
цепи (нагрузку) производим новый отсчет ио приборам. Полученные ко-
фиг. 124. Внешняя характеристика шун-
товой дннамомашины.
Фиг. 123. Построение крнвой внешней
характеристики.
ные через точки at и прямые, параллельные координатным осям, да-
дут при пересечении точку М2. Поступая таким же образом дальше,
можно получить целый ряд точек Mv М& М3 и т. д. Эти точки соеди-
няются между собой плавной кривой.
Характер кривой показывает, что напряжение на зажимах динамо
падает во мере увеличения силы тока (амперы) в сети.
На фиг. 124 представлена харак!ерисгика шунтовой дннамомашины,
развивающей при холостом ходе (без нагрузки) 110 V. При нагрузке
Фиг. 125. Кривая ЭДС шун-
товой дннамомашины при
коротком замыкании.
в 48 А напряжение на зажимах упало до 85 V.
Число оборотов постоянно п — 1 500 об./мин.
Если увеличивать нагрузку выше предель-
ной, то кривая пзменения напряжения пошла
бы круто вниз, а при весьма малом сопро-
тивлении внешней цепи (при коротком замыка-
нии) наступает момент, когда кривая е заво-
рачивает обратно (фиг. 125). Это объясняется
тем, что с уменьшением напряжения умень-
шается сила тока в цепи и, когда напряжение
достигло бы нуля, сила тока в цени оказа-
лась бы также равной нулю (точка О). Таким
образом при коротком замыкании в цепи шунтовая машина уменьшает
свое напряжение и силу тока до нуля, почему и говорят, что шунто-
вые машины не боятся короткого замыкания. 1
Падение напряжения на зажимах шунтовой машины с увеличением
нагрузки достигает 20—25%, а в небольших машинах — даже 50%.
1 В действительности в обмотке якоря, пересекающей поле остаточного ма-
гнетизма, будет индуцироваться небольшая ЭДС, которая и создаст ток в цепи.
114
Фиг. 126. Реостат в цепи шунта для
регулирования напряжения.
§ 133. Регулирование напряжения шунтового генератора.----------
Для поддержания постоянного напряжения на зажимах динамо з цепь
его обмоткп возбуждения последовательно включается реостат (фиг. 126).
При пуске динамо реостат должен быть весь включен (ползун —
в крайнем левом положении). Цепь обмотки возбуждения состоит из
сопротивления всего реостата и шунта,
отчего в точке а в шунт ток будет
ответвляться малой силы.
Возбуждать динамо следует посте-
пенно, медленно выв.дя сопротивление
реостата из цепи шунтовой обмотки и
все время наблюдая за показаниями
включенного параллельно зажимам ма-
шины вольтметра. Показания вольтметра
не должны превышать допустимого для
данной машины напряжения. Выводить
все сопротивление реостата не обяза-
тельно.
Возбудив машину, замыкают главный рубильник, наблюдая за паде-
нием напряжения на зажимах по вольтметру. С увеличением силы тока
во внешней цепи напряжение на зажимах выравнивают, выводя все боль-
шее сопротивление реостата
в цепи обмотки возбуждения
Фиг. 127.
полю-
поле
Магнитное
сов &1П.
в цепи шунта. Уменьшение сопротивления
увеличивает силу тока в ней, отчего уве-
личивается сила поля полюсов. По-
следнее обстоятельство увеличивает
значение индуцированной в обмотке
якоря ЭДС, п таким образом поддер-
живается напряжение на зажимах ге-
нератора практически постоянным.
§ 134. Реакция якоря.
До сих пор направление нейраль-
ной линии магнитного поля считалось
совпадающим с диаметром якоря, пер-
пендикулярным магнитному полю. На
фиг. 127 пунктирные линии изобра-
жают силовые линии поля, прямая
т — п — нейтральная линия поля,
кружки на полюсах представляют со-
бой разрез витков обмотки возбужде-
ния. Направление
можно изобразить отрезком Фт. По
нейтральная линия
магнитного поля
и магнитный поток
будут иметь указанное направление только тогда, когда в обмотке
якоря не будет тока, т. е. когда обмотка якоря не будет замкнута.
Если предположить теперь, что обмотка возбуждения не замкнута
и магнитное поле полюсов отсутствует, а через щетки дннамомашины
пропущен ток только в обмотку якоря (например от постороннего
источника постоянного тока), то якорь можно рассматривать как са-
мостоятельный электромагнит, полюса которого будут нахо-
диться па прежней нейтральной линии. Якорь создаст свое магнитное
•	115
поле которое называется полем якоря. На фиг. 128 показано распо-
ложение силовых линии такого поля барабанного якоря; направление
 потока указывает стрелка Фя.
Фиг. 128. Магнитное поле якоря Фя.
В работающей динамомашиие ток
существует как в обмотке возбужде-
ния, так и в обмотке якоря. Каждый
пз этих токов создает свое магнитное
поле — поле полюсов и поле якоря,
которые, складываясь друг с другом,
дают одно равнодействующее поле.
Направление равнодействующего
(результирующего) по-
ля можно получить пу-
тем сложения двух
отрезков Фя и Фт по
правилу параллелогра-
ма (фиг. 129), диаго-
наль которого Ф и
даст величину и на-
правление равнодей-
ствующего поля Ф.
Па фиг. 130 пока-
зано направленно рав-
нодействующего поля.
Поле якоря про-
Фиг. 129. Сло-
жение магнит-
ных полей по
правилу парал-
лелограма.
изводит искаже-
ние поля полюсов, что и носит название реакции якоря.
Вследствие реакции якоря получается неравномерное магнитное поле:
Фиг. 130. Равнодействующее магнит-
ное поле дниамоиашины.
под одной стороной каждого по-
люса получается разреженное поле,
под другой — сгущенное. Нейтраль-
ная линия, направленная всегда пер-
пендикулярно магнитному полю, пере-
местится на некоторый угол г, тем
больший, чем сильнее ток в обмотке
якоря, и займет положение т' — п'
(фиг. 130). Смещение нейтральной
линии вызовет сильное пскрение ще-
ток, что повлечет за собой быстрое
изнашивание их, а также и пластин
коллектора. Для борьбы с реакцией
якоря существует несколько мер, при-
меняемых главным образом в крупных,
промышленного типа машинах. Вопрос
об этом выходит за пределы общей
электротехники и является предметом
специальных курсов.
§ 135. Электродвигатели
На фиг. 131 изображена схема
якоря дипамомашины. Як'рь приводится во вращение каким-нибудь
посторонним двигателем по часовой стрелке. В проводнике, показанном
116
Фиг. 131. Вваи-
модействие си-
ловых линий,
созданных то-
ком в обмотке
якоря и поля
полюсов.
же направления стремятся оттолкнуться
а силовые линии разного направления—
Следовательно вращению якоря по ча-
посгоронним двигателем будет оказано
оно выразится во взаимодействии между
обмотку якоря
i 5 *
Фиг. 132. Направле-
ние вращения якоря
электромотора проти-
воположно вращению
якоря динамо.

крестиком, будет индуцироваться ЭДС, которая создаст в ней ток, направ-
ленный от читателя. Направление тока определено по правилу Флеминга.
Ток в проводнике создаст вокруг каждой точки проводника свои силовые
линии, одна из которых изображена пунктиром. Направление этой сило-
вой линии определено по правилу штопора. Пунктирные
прямые линии на фиг. 131 показывают направление
силовых линий поля полюсов. Справа от проводника а
силовые линии поля полюсов совпадают с направлением
силовой линии, созданной током в проводнике; слева от
привотника а силовые линии направлены в противопо-
ложные стороны.
В главе VII, § 61 было выяснено, что силовые линии
одного и того
друг от друга,
притягиваются,
совой стрелке
сопротивление;
собой силовых линий, одних — созданных током в про-
воднике а, и других — исходящих из полюса N. Это вза-
имодействие будет стремился повернуть якорь против
часовой стрелки. Чем больч е будет сила тока в
проводнике а, тем большее тормозящее усилие враще-
нию якоря будет наблюдаться. Это обстоятельство объ-
ясняет факт увеличения механической энергии, потреб-
ной для вращения якоря дипамомашины с возрастанием
ее нагрузки (т. е. силы тока в обмотке якоря).
Если же якорь динамомашины оставить в покое, а в
пропустить ток от постороннего источника, то проводники с электричес-
ким током, расположенные под полюсами, будут
взаимодействовать с полем полюсов, и якорь, сам
придет в движение. Если пропущенный в с,бмотку
якоря ток будет совпадать по направлению, т
который индуцировался в обмотке, когда якор’л J ’
щали, то взаимодействие полей создав _ р .?
момент, обратный первоначальном^	л
вращали по часовой стрелке, то с *' л якорь
г	«.	он начнет вра-
щаться против часовой стрелка	и
Это явление свидетельств' У* л *
/®т об обратимости
динамомашины: если	„
-	привести ее в движение
от какого-либо лвкга.е-	* булет работать
генератором, т. о. орт ать мехакнвдеку» 8нвр.
гию в влектрическ'	„„„„„ J 1
птстить ток от по / ’ СЛИ же через машинУ ПР°-
У'	гороннего источника, то она ста-
новится элек'/рОдвигателем (мотором) и 6у.
дет прообразовывать электрическую
энергии в механическую.
По своей конструкции электромотор ничем не
т,, „ „ отличается от динамомашнны.
гнолять рпп гB3anMO№0GTBM полей в дииамомашине дает возможность
машины пюи L’DOBI ^Ключение ° направлении вращения якоря дияамо-
1 Клип rrJtnJ Щении ее из генератора в электромотор:
д юмашина обращается в электродвигатель и при этом
11Т
Фиг. 133. Направле-
ние вращения якоря
мотора совпадает с
направлевием враще-
ния якоря динамо
(стрелка 1).
направление токов в обмотке якоря и обмотке возбуждения остается то
же самое, то мотор будет вращаться в обратную сторону. На фиг. 132
стрелка 1 указывает направление вращения якоря генератора;
стрелки, приложенные к проводникам, показывают направление крутящего
момента электромотора.
2. Если при обращении динамомашины в электродвигатель меняется
одно из двух направлений тока — или тока в обмотке якоря, или тока
в обмотке возбуждения, то якорь электродвигателя будет вращаться в ту
же сторону, что и динамо. На фиг. 133 изменено направление тока
в обмотке возбуждения по сравнению с тем, что было на фнг. 132. От
этого изменились полюса. Вращение мотора
осталось то же, что в в качестве генератора, т. е.
по стрелке 1 (фиг. 133).
ГЛАВА XI.
ТРАНСФОРМАТОРЫ.
§ 136. Типы трансформаторов.
Наряду с приборами и машинами, преобразую-
щими один вид энергии в другой (аккумуляторы,
динамомашины, эгектромоторы), существуют пре-
образователи только характера какой-нибудь
одной и той же энергии. В электротехнике
к таким преобразователям относятся трансфор-
матор ы.
Трансформатор представляет собой прибор, ра-
бота которого основана на законе индукции. На ра-
боту трансформатора затрачивается электрическая
энергия переменного тока, которую после ряда
преобразований трансформатор возвращает обратно
в вите электрической же энергии, но большего или меньшего напряжения.
Электрическая энергия, возвращаемая трансформатором, имеет иной
характер, чем электрическая энергия, потребляемая им.
По тому признаку, возвращает ли трансформатор электрическую энер-
гию большего или меньшего напряжения, чем потребляемая им, разли-
чают трансформаторы повышающие и понижающие.
Повышающие трансформаторы устанавливаются в местах, где добы-
вается электрическая энергия (например Волховская гидроэлектричес-
кая станция), как общее правило, места, где потребляется электри-
ческая энергия, расположены часто на значительном расстоянии от места
добывания (Волхов — Ленинград). Электрическая энергия должна быть
передана в города, на заводы, по проводам. Энергия или работоспособ-
ность может быть охарактеризована теми же едингцами, что и мощность.
Мощность же электрического тока, как известно, определяется произве-
дением силы тока на напряжение:
W—i-e.
Для передачи по проводам большого количества энергии в виде тока
большой силы потребуются провода очень большого поперечного сечения,
что будет очень дорого стоить и доставит много неудобств по монтирова-
нию таких проводов.
118
Если же ток большой силы и малого напряжения преооразовать в ток
малой силы и большого напряжения так, чтобы произведение из этих
величин осталось прежним, т. е. мощность нс изменилась бы, то для пе-
редачи такого тока (малое число кулонов в секунду) будут пригодны
провода с незначительной площадью поперечного сечения. Повышение
напряжения происходит за счет уменьшения силы тока при сохранении
мощности. Роль такого преобразователя выполняет повышающий транс-
форматор.
Напротив, в местах потребления — в городах, на заводах, в домах,
устанавливаются понижающие трансформаторы. Изменив характер эле-
ктг ичской энергии, они доставляют ток низкого напряжения, пользоваться
которым в повседневной жизни гораздо удобнее, не говоря уже о большой
опасности, сопряженной с пользованием током высокого напряжения при
значительной его мощности.
Нагрузка
Понижающий
трансфера
Гснератор	Повышающий
низкого напряжения
транссрорм
Первичн. обмопп Вторичн облют. Первичная облют. Вторичная облютка
низкого напряжен. Высок напряжен высокого напряжен низкого напряжения
Фиг. 134. Схема цепи трансформаторов.
К числу повышающих трансформаторов относятся п так называемые
индукционные катушки, применяемые для целей воспламенения смеси
в цилиндрах авиационных двигателей. Па фиг. 134 показана схема уста-
новок повышающих и понижающих трансформаторов. § *
§ 137. Понятие .,высокое напряжение11.
Понятия „высокое** и „низкое** напряжения являются условными по-
нятиями. Действительно, напряжение в 100 V является высоким или низ-
ким? Практически условились элементы, передвижные аккумуляторные
установки (от 2 до 80 V), сети городского тока (110 — 220 V), считать
относящимися к низкому напряжению; под высоким напряжением считаются
трамвайные сети (600 V), свечи цилиндров двигателей внутреннего сгора-
ния (12 000 —15 000 V), сети, передающие электрическую энергию на
дальние расстояния до 500 000 и лабораторные установки (до 1 000 000 V
п более).
Электрическая энергия высокого напряжения отличается способностью
разрушать изоляторы, расположенные близ проводов. К этому
относится и „пробивание** электрической искрой воздушного пространства
между двумя проводниками, находящимися под напряжением. Вообще
говоря, воздух является изолятором, но электрическая искра в воздуш-
ном зазоре создает проводимость втого зазора, после чего свойство воз-
духа, как изолятора, понижается.
Изоляция, покрывающая провода, несущие энергию высокого напря-
жения, испытывает в себе самой смещение электронов. Если смещение
119
превысит---лу, связывающую злектр ны с атомом изолятора, последний
разрушается, говорят, ток пробил изолятор.
Обойтись без трансформатора,— создать например дииамомашину вы-
сокого напряжения именно вследствие способности высокого напряжения
разрушать изоляторы — крайне затруднительно. Изолирующие материалы
такой динамомашины должны быть или исключительного качества, что но
всегда осуществимо и дорого, или должны окружать проводники толстыми
слоями. В последнем случае машина получилась бы тяжелой и громоздкой.
Наибольшее напряжение, которое развивают установленные в настоящее
время машины, не превышает 11000—12 000 V.
Вопрос об изоляции проводников в трансформаторе решается значи-
тельно проще вследствие отсутствия в нем подвижных частей.
Природа переменного тока, на котором только и работает трансфор-
матор, исключает необходимость подвижных деталей. Трансформатор со-
Фиг. 135. Схема трансформатора.
стоит из трех частей (фиг. 135): 1) сердечника из мягкого железа, 2) пер-
вичной обмотки, получающей готовую энергию в виде электрического
тока от постороннего генератора и 3) вторичной обмотки, в которой
индуктируется ЭДС.
§ 138. Работа трансформатора.
Предположим, что первичная цепь трансформатора замкнута, а вто-
ричная разомкнута (фиг. 135). В витках первичной обмотки течет пере-
менный ток, т. е. ток, периодически меняющийся как по величине, так
и по направлению. В сердечнике трансформатора ток создает магнитный
поток. На фпг. 135 изображена средняя линия этого магнитного потока,
замыкающаяся в железе сердечника. Электрическая энергия тока первич-
ной цепи преобразуется следовательно в магнитную энергию, сосредото-
ченную в сердечнике. Следуя за изменением создавшего его тока, маг-
нитный поток также не остается постоянным: он все время меняется как
по величине, так и по направлению. Характер изменения магнитного по-
тока может быть изображен такой же кривой, какой изображается пере-
менный ток (фиг. 136). В какой-нибудь момент времени он достигает наи-
большего значения (точка а), затем начинает уменьшаться, становится
равным 0 (точка Ъ), меняет свое направление, снова увеличивается, до-
стигает опять максимума (точка с), снова уменьшается и т. д.
По закону индукции изменение магнитного потека является условием
для возбуждения ЭДС во всех проводниках, охватывающих магнитный
поток. Так как обе обмотки трансформатора (фиг. 135) помещаются на
сердечнике и охватывают меняющийся магнитный поток, то в витках их
120
возбудится ЭДС. Кроме того железный сердечник является проводником,
и изменение магнитного поля в толще его создает в сердечнике токи
Фуко (§ 116).
Таким образом при изменении магнитного поля в сердечнике транс-
форматора индуцируется ЭДС в трех местах:
1)	в сердечнике (токи Фуко);
2)	в первичной обмотке;
3)	во вторичной обмотке.
Появление токов Фуко в сердечнике иужио отнести к потерям, которые
несет трансформатор при своей работе. К потерям же относится и за-
трата мощности первичного тока на перемагничивание вследствие гисте-
резиса (§ 69) сердечника (потери на гистерезис).
Потери на гистерезис и токи Фуко объединяются общим названием
железных потерь.
Мерами борьбы против железных потерь являются: 1) применение
в качестве материала для сердечника мягкого железа, обладающего малым
гистерезисом, и 2) расслоение сердечника. Па
фиг. 135 показаны отдельные листы, состав-
ляющие сердечник, толщина которых дости-
гает иногда 0,3 мм. Между отдельными ли-
стами прокладывается бумажная изоляция.
§ 139.	Явление самоиндукции.
Возбуждение ЭДС в первичной обмотке носит
название самоиндукции. Разницы между
явлениями индукции и самоиндукции, принци-
пиально говоря,не имеется. Оба явления отли-
чаются друг от друга лишь в отношении фиг. 136. Кривая измерения
связи их с магнитным полем. В то время как магнитного потока в сердеч-
явление индукции есть следствие изменения нике трансформатора,
какого-то магнитного поля (независимо от
того, каким образом было создано это поле), самоиндукцией называется
возбуждение ЭДС в проводнике от изменения магнитного поля, создан-
ного током, бывшим в этом же самом проводнике. Индукция
ЭДС происходит от изменения любого магнитного поля, будь то поле
постоянного магпита или электромагнитное поле; явление самоиндукции
предполагает изменение своего магнитного поля.
ЭДС самоиндукции направлена против приложенного к первичной обмотке
напряжения от постороннего генератора. Эго означает, что она стремится
уравновесить в каждый данный момент напряжение переменного тока.
Это явление можно сравнить с законом инерции; так же как сила инер-
ции тела направлена всегда в направлении, обратном ускорению тела,
ЭДС самоиндукции направлена против приложенного к цепи напряжения.
§ 140. Коэфнциент трансформации.
Численное вначенпе ЭДС, индуцированной во вторичной обмотке, за-
висит от фактов, упомянутых в § 98: от плотности магвитного потока,
от резкости изменения его и числа витков обмотки. На резкость измене-
ния магнитного потока в сердечнике трансформатора влияет частота тока,
т. е. число перемен тока в секунду.
121
Так как обе обмотки, первичная и вторичная, охватывают один и тот
же магнитный поток, причем резкость изменения магнитного потока для
обеих обмоток одинакова, то разница в значениях ЭДС, индуцированных
в обеих обмотках, будет зависеть только от числа витков обмоток. Если
число витков одной (вторичной) обмотки в р раз больше, чем другой, то
и ЭДС, индуцированная в ней, во столько же раз будет больше. Можно
сказать, что отношение ЭДС в обеих обмотках пропорционально числу их
витков:
Е] “
где Ег и Ег — значения ЭДС первичной и вторичной обмоток, a nt и п2—
число их витков. Это отношение называется коэфнциентом транс-
формации.
Зная коэфициент трансформации данного трансформатора и измерив
напряжение на концах первичной обмотки, можно вычислить напряжение
на зажимах разомкнутой вторичной обмотки:
Е2 = Е
Если вторичная обмотка замкнута каким-либо сопротивлением, то во
всей вторичной цепи появится ток. В этом случае в трансформаторе будут
происходить падения напряжения, и ЭДС во вторичной обмотке будет от-
личаться от напряжения на ее зажимах. Предыдущая формула дает не
совсем точные значения.
Так как в трансформаторе нет механических потерь, а железные по-
тери и от нагревания обмотки током незначительны, то энергия, отдаваемая
трансформатором, мало разнится от энергии, им потребляемой. Отношение
полученной энергии к затраченной, называемое коэфзциентом полезного
действия, близко к единице и колеблется от 0,95 до 0,98.
Если пренебречь потерями в повышающем трансформаторе, то можно
заключить, что повышение напряжения во вторичной обмотке по сравне-
нию с первичной происходит за счет уменьшения силы тока в ней. Во
сколько раз повысится напряжение во вторичной обмотке, во столько раз
уменьшится в ней сила тока по сравнению с первичной обмоткой.
Ток во вторичной обмотке трансформатора является переменным током
той же частоты, что и ток первичный.
Применяя правило Максвелла (§ 100), можно убедиться, что в витках
вторичной обмотки ток меняет свое направление при каждом изменении
направления магнитного потока в сердечнике
§ 141. Индукционная катушка.
Воспламенение горючей смеси в цилиндре авиационного двигателя про-
изводится электрической искрой. Для получения искры внутрь цилиндра
ввинчивается так называемая свеча, состоящая из двух тонких электродов,
образующих между собой небольшой зазор 0,4 мм. Сопротивление этою
зазора, находящегося в среде сжатого газа, очень велико, вследствие чего
для искрообразования между электродами должна существовать разность
потенциалов порядка 12 000 —15 000 V.
Получение электрической энергии такого высокого напряжения от
трансформатора слишком усложнило бы всю установку ввиду необходи-
122
Г — аккумулятор, Е — конденсатор, И — пре-
рыватель.
мости подвести к нему энергию переменного тока. Вопрос решается проще
применением аккумулятора и индукционной катушки — прибора, транс-
формирующего энергию постоянного тока. Выгода установки аккумулятора
заключается еще и в том, что при неработающем двигателе может быть
получена электрическая энергия для целей освещения, запуска двигателя,
ратиоцелсй и пр.
Индукционная катушка состоит из:
1)	железного сердечника цилиндрической формы;
2)	короткой изолированной обмотки — первичной;
3)	длинной изолированной обмотки — вторичной;
4)	прерывателя тока и
5)	конденсатора.
В индукционных катушках, применяемых для целей воспламенения
горючей смеси в цилиндрах авиационных двигателей, размеры проводов,
не считая изоляции, примерно следующего порядка: первичной—диаметром
0,6—1 мм, длиной до 30 м,
образует около 200 витков,
намотанных непосредственно
на сертечпик; вторичной—про-
вод—диаметром 0,09—0,1 мм,
длиной до 1500 м, образует
до 12 000 витков, намотанных
поверх толстой обмотки.
Концы толстой обмотки вы-
водятся к двум наружным зажи-
мам катушки А и Б (фиг. 137).
Зажимы проводами соединя-
ются с полюсами какого ни-
будь маловольтного источника
постоянного тока, например
аккумулятора Г. Таким обра-
зом для источника постоянного
тока создается цепь, одним из
участков которой является тол-
стая обмотка катушки, играю-
щая роль первичной обмотки.
Совокупность витков тонкого
провода представляет собой вторичную обмотку. В цепь вторичном обмотки
включены электроды Э, Э свечи.
Сердечник состоит из пучка тонких железных прутиков, изолирован-
ных друг от друга краской пли лаком для уменьшения вредного влияния
токов Фуко.
При замкнутой первичной цепи в ней устанавливается ток. Ток соз-
дает магнитное поле, сгущающееся в сердечнике.
Для преобразования энергии магнитного поля в энергию электриче-
скую, необхозимо изменение магнитного поля. Как указывалось, изме-
нение магнитного поля в трансформаторах происходит само по себе, в силу
природы энергии переменного тока, затрачиваемой на работу прибора.
В индукционной же катушке, потребляющей энергию постоянного тока,
необходимо дополнительное устройство, чтобы прерывать ток. Для этой
цели в цепь первичной обмотки индукционной катушки
включается приспособление, называемое прерывателем
123
(фиг. 137,77). Из всех существующих типов прерывателей тока в двига
телях внутреннего сгорания применяются механические прерыватели
кинематически связанные с двигателем.
§ 142. Механической прерыватель.
Схема устройства механического прерывателя (фиг. 137) такова: кон-
такт прикреплен на конце рычажка; подле рычажка расположена
кулачковая шайба Ш, получающая вращение от двигателя. При набегании
кулачковой шайбы па рычаг прерывателя контакт последнего отходит о г
неподвижного контакта ТГ2, называемого натсовальией. Вследствие раз-
мыкания цепи ток в первичной обмотке прерывается. Обусловленное
прекращением тока изменение магнитного поля сердечника индуцирует
ЭДС во всех проводниках, охватывающих поле (§ 138). Вследствие боль-
шого числа витков (до 12 000) вторичной обмотки на электродах Э, Э
создается значительная разность потенциалов, и в свече происходит
искровый разряд.
В первичной обмотке индуцируется ЭДС самоиндукции. Па величину
индуцируемой во вторичной обмотке ЭДС кроме железных и тепловых по-
терь влияют еще и потери па самоиндукцию.
§ ИЗ. Потери от самоиндукции. Экстраток.
ЭДС самоиндукции создает в первичной обмотке ток. В отличие от
тока генератора (аккумулятора), прерванного прерывателем, этот ток, соз-
данный ЭДС самоиндукции, называется экстратоком. Кулоны, пере-
мещавшиеся в замкнутом проводнике, при размыкании цепи как бы
в силу инерции стремятся продолжать путь в том же направ-
лении. Таким образом направление экстратока совпадает с напра-
влением прерванного тока от генератора. Энергия экстратока достаточно
велика, чтобы преодолеть сопротивление между размыкающимися кон-
тактами прерывателя, вследствие чего между ними образуется
искра.
Температура искры между контактами прерывателя доходит до 2000°,
что влечет за собой окисление материала контактов (обгорание их). Окись
служит изолятором, и при новом смыкании контактов первичная цепь мо-
жет оказаться незамкнутой, — катушка откажется работать.
Кроме порчи контактов, экстраток, направленный в обмотке в том же
направлении, что п основной ток от генератора, продолжает под-
держивать сердечник в намагниченном состоянии. Раз-
мыкание первичной цени производится с целью размагнитить сердеч-
ник, между тем как экстраток, возникший после размыка-
ния контактов, препятствует этому. В результате сердечник
размагничивается не сразу, а в течение некоторого промежутка времени,
т. е. период размагничивания сердечника удлиняется.
Изменение магнитного поля происходит не резко, что влияет на вели-
чину индуцируемой во вторичной обмотке ЭДС в сторону понижения ее.
Следовательно экстраток вреден тем, что: 1) портит контакты
искрой и 2) удлиняет время размагничивания сердечника.
Возникновение экстратока является следствием закона индукции (при
изменении числа силовых линий, охватываемых витками, в них возбуж-
дается ЭДС), в силу которого вообще работает индукционная катушка;
124
иоатому организовать радикальную борьбу с экстратоком не представляется
возможным. Некоторыми мерами можно только уменьшить вредное влияние
его на работу катушки.
§ 114. Конденсатор.
Эти меры состоят во включении в цепь первичной обмотки нарал*
лельно прерывателю конденсатора Е (фиг. 137).
Конденсатор состоит из двух частей — Сг и С2, включенных в цепь
до прерывателя в точке а, и после пего — в точке б. Часть представ-
ляет собой группу тонких оловянных листков (станиоль) 1, 3, 5, 7
(фиг. 137), соединенных между собой. Часть С2 состоит из таких же
листков 2, 4, 6, также соединенных между собой. Группы листков назы-
ваются обкладками конденсатора. Между станиолевыми лист-
ками проложена изоляция из парафинированной бумаги или слюды, так что
обкладки друг от друга изолированы.
При размыкании контактов прерывателя меняющееся магнитное поле
возбуждает в витках первичной обмотки ЭДС. Зажимы а и б (фиг. 137)
Фиг. 138. Плоский конденсатор.
конденсатора оказываются под значительным напряженном, вследствие
чего, при указанном на фиг. 137 расположении полюсов генератора, в на-
правлении обклачки Ci появляется ток, названный экстратокоы. Этот
процесс носит название зарядки конденсатора.
§ 145 Электрическая емкость и емкость конденсатора.
Пз ряда опытов можно вывести заключение, что количество электри-
чества и потенциал, до которого электризуется данное тело этим количе-
ством электричества, находятся в определенной зависимости.
Отношение количества электричества, к тому потен-
циалу, до которого данный заряд электризует про-
водник, носит название электрической емкости о.
Таким образом:
Сяи«.
с г
Из этого соотношения легко получить единицы емкости. Так, если по-
ложить q = 1 кулону, j F— 1 вольту, то с «= 1, причем эта единица носит
название фарады (F).
125
Фарада есть емкость такого проводника, сообщение которому заряда
в один кулон, повышает потенциал его на один вольт. Эта единица очень
велика. Земной шар обладает емкостью в 0,0708 фараты.
Для практических целей принимается одна миллионная доля фарады,
именуемая микрофарадой (pf). Кроме того имеется еще единица емкости,
которая равва емкости шарика радиусом в 1 см. Эта единица носит наз-
вание сантиметра..
В одной фараде содержится миллион микрофарад или 9-10—11 см. Оче-
видно, что в микрофараде 900 000 еле. Конденсатором называется прибор,
обладающий значительной, по сравнению с его размерами, емкостью.
Емкость плоского конденсатора выражается формулой.
е 8
C~l*d>
где е— отношение изолирующих свойств прослойки между обкладками
к изолирующим свойствам воздуха,
S — поверхность обкладок в см2,
d—расстояние между обкладками.
Емкость конденсатора в катушке должна быть такова, чтобы на зарядку
конден-атора была отвлечена от контактов прерывателя только часть
экстратока, другая часть экстратока может направиться по пробитому
искрой (ионизированному) промежутку между размыкающимися контактами.
Ослабленная искра не повредит контактам; быстро же зарядившийся кон-
денсатор (для чего и его емкость надлежащим образом должна быть по-
добрана) начнет разряжаться.
При разрядке конденсатор становится как бы самостоятельным гене-
ратором. Ток с его обкладки устремляется в первичную обмотку в направ-
лении, обратном зарядному току. (Рассматривается промежуток времени
между размыканием и новым замыканием прерывателя.) Если зарядный
ток (экстраток) подтерживал сердечник в намагниченном состоянии, то
обратно ему направленный разрядный ток уничтожает остаточный
магнетизм сердечника, размагничивает его совершенно. Это изменение
разрядным током магнитного поля сердечника возбуждает в витк х вто-
ричной обмотки ЭДС, складывающуюся с возбужденной ранее именно в мо-
мент начала размыкания контактов прерывателя.
Таким образом назначение конденсатора заключается
в повышении вторичного напряжения, что достигается
уменьшением искрообразования между контактами пре-
рывателя и увеличением и резкостью изменения маг-
нитного поля, т. е. ускорением размагничивания сердеч-
ника.
Из сказанного следует, что подбор емкости конденсатора играет не-
маловажную роль в удовлетворительной работе катушки. Емкость его
должна быть такова, чтобы при минимальной искре в зазоре между кон-
тактами зарядка конденсатора закончилась в кратчайший срок с той
целью, чтобы вслед за тем начавшаяся разрядка конденсатора повысила
ЭДС, индуцированную во вторичной обмотке.
Из вышеприведенной формулы видно, что електроемкость конденсатора
зависит:
1)	от общей площади его листков,
2)	от рода изоляции (диэлектрик) между листками,
3)	от расстояния между ними.
126
Чем изоляция лучше и чем расстояние меньше, тем емкость конден-
сатора больше.
Подтверждением зависимости емкости конденсатора от рода изоляции между
обкладками его может служить следующий опыт. Если взять два металлических
диска А в К так называемого плоского
конденсатора (фиг. 138) и соединить их
двумя проволоками с источником тока, на-
пример в 220 V, то чувствительный вольт-
метр, зажимы которого соединены с томи
же дисками другой парой проволок
(фиг. 139), покажет, что между дисками
(обкладками) А и К существует напря-
жение в 220 V. Если, далее, отсоединить
провода генератора от обкладок, то по-
казание вольтметра не изменится.
Напряжение на обкладкАх со-
хранится. В чем причииа этого явления?
Опыт доказывает, что промежуточное
пространство, служащее изолятором (диэ-
Фиг. 140. С заменой
диэлектрика меняется
емкость конденсатора.
лектриком) между пластинами, выполняет фиг j 39 Схема
важную роль, Если между дисками, не конденсатора.'
касаясь их, вдвинуть эооннтовую или	г
стеклянную пластину (фиг. 140), то
стрелка вольтметра отклонится обратно и покажет значительно меньшее напря-
жение. Удаление стеклянной пластины восстановит опять прежнее положение.
Уменьшение напряжения на обкладках конденсатора при замене
диэлектрика указывает на увеличение емкости конденсатора.
§ 146. Самоиндукция при замыкании прерывателя.
Когда контакты прерывателя смыкаются, для источника тока создается
опять замкнутая цепь. Сердечник начнет вновь намагничиваться, число
силовых линий в нем будет увеличиваться. Это изменение магнитного поля
опять возбудит ЭДС во всех проводниках, охватывающих магнитное поле,
Фиг. 141. Двойными стрелками ука-
зано иа правление экстратока размы-
кания.
Фпг. 142. Двойными стрелками ука-
зано направление ЭДС самоиндукции
при замыкании первичной цепи.
следовательно и в витках первичной обмотки. ЭДС самоиндукции теперь
будет направлена против ЭДС источника тока. Это явление опять можно
сравнить с инерцией электронов. Электроны под влиянием ЭДС источника
127
тока как бы с трудом перейдут из состояния покоя (относительного) в со-
стояние движения. Нарастание тока в витках первичной обмотки будет
замедлено, а вместе с этим замедлится и намагничивание сердечника, т. ё.
резкого изменения магнитного поля наблюдаться но будет.
Если при замыкании прерывателя между концами вторичной обмотки
и произойдет искровой разряд, то он будет значительно слабее того, ко-
торый происходит при размыкании первичной цепи. Это обстоятельство
принимается во внимание при работе катушки: воспламенение смеси
в цилиндре двигателя производится искровым разрядом, полученным при
размыкании первичной цепи, а не при зам; кании ее.
В некоторых случаях бывает полезно точно определить направление
возбужденной в цепи ЭДС, для чего в индукционных катушках удобно
пользоваться правилом Максвелла (§ 100).
Применяя правило Максвелла, легко определить направление ЭДС
самоиндукции. На фиг. 141 двойными стрелками указано направление
ЭДС самоиндукции при размыкании (экстраток), а на фиг. 142—то же
при замыкании контактов прерывателя.	»
Отв. редактор Д. И. Иванов.	Техн, редактор Р. С. Певзнер.
Госмашметиздат № 221/л. Индекс МА-50-4/5-3 Тираж 10000 Сдано в набор 2/II-34 г-
Подп. в печ. 19/1V-34 г. Формат бумаги 62X94- Авторск. лист 11. Бум. лист 4.
Печ. зн. в бум. листе 114000. Заказ № 167. Ленгорлит № 8413.
v'\