№
железа в магнитном поле; открытые им в этой области законы широко распространены и в современной технике, где ими пользуются для расчетов при конструировании электрических й'.ашин.
Выдающейся работой А. Г. Столетова является его исследование влияния света на электрические разряды в газах. Он открыл ток насыщения в газах и построил первый фотоэлемент. *
Талантливому русскому физику самоучке Ивану Филипповичу Усагину принадлежит честь создания оригинальной конструкции трансформатора электрического тока. Ему же принадлежит работа по созданию электрического выпрямителя переменного тока.
Имя русского ученого, академика Бориса Семеновича Якоби неразрывно связано с его серьезными трудами, которые легли в основу современной теории электромагнитных машин. Исходя из известных ему законов, дополненных собственными исследованиями, Б. С. Якоби совместно с Э. X. Ленцем сконструировал первый электрический двигатель (электромотор). Этот электрический двигатель был установлен на лодке с гребным винтом. Вращая гребной винт, электромотор сообщал лодке, вмещавшей до 14 пассажиров, движение против течения реки Невы. Несколько лет спустя немец Вагнер пытался выдать изобретение Б. СЯкоби за свое, но был уличен в плагиате учеными всех стрз,/.
ного внимания уделял Б. С. Якоби изучению электролиза. Ег^ работы положили начало техническому применению элек-л^юлиза как для получения точных металлических копий различных изображений (гальванопластика), так и для покрытия одного металла другим (гальваностегия). .
Исследование вопроса о распределении электрического тока на поверхности любого вида было блестяще проведено русским физиком Николаем Алексеевичем Умовым. Немецкий физик Кирхгоф опубликовал результаты этого исследования от своего имени и тем самым присвоил труды Н. А. Умова.
Неоценимый вклад сделали русские ученые и изобретатели з решение вопроса передачи электрической энергии на большие расстояния. Одним из первых, кто многочисленными опытами доказал возможность передачи значительных электрических мощностей на большие расстояния, по праву считается выдающийся русский новатор Федор Аполлонович Пироцкий. В качестве неисчерпаемого и дешевогр источника энергии он предлагал использовать для получения электрической энергии многоводные реки.
Теоретические доказательства возможности и целесообразности передачи больших потоков электричества на значительные расстояния были впервые даны также русским ученым и экспериментатором Дмитрием Александровичем Лачиновым. В современной теории передачи энергии постоянным током содержатся основные элементы теории, разработанной Д. А. Лачиновым для простейших цепей.
5
В практическом разрешении важнейшей проблемы—передачи электрической энергии на большие расстояния — выдающаяся роль принадлежит талантливому русскому инженеру Михаилу Осиповичу Доливо-Добровольскому. С помощью предложенной им системы трехфазного переменного тока удалось в 1891 году передать на расстояние 175 км мощность в 300 л. с. при на-пряжении 8500 вольт, обеспечив коэфициент полезного действия 77,4%. Это было блестящее решение сложной задачи.
М. О. Доливо-Добровольским были сконструированы первые генератор трехфазного переменного тока, простой и совершенный асинхронный электродвигатель и трехфазный трансформатор. Кроме того, ему же принадлежит много других работ и изобретений, относящихся к разным областям электротехники. Перечислять все изобретения и усовершенствования, внесенные М. О. Доливо-Добровольским в электротехнику, это значит затронуть главнейшие моменты в истории современной электротехники, среди основоположников которой ему, несомненно, принадлежит ведущее место.
В историю науки, техники и мировой культуры гениальный русский инженер-электротехник Александр Степанович Попон вошел как изобретатель радиотелеграфа. Бессмертное изобретение А. С. Попова — одно из лучших достижений совреь^нной цивилизации, положившее начало развитию новой отрасли1элек-тротехники, получившей название радиотехники.	I
Однако этим не исчерпывается вклад, сделанный в мирящую электротехнику русскими учеными, инженерами и талантливы!.?*^ самоучками. По настоящее время находит широчайшее применение электрическая сварка металлов металлическим электроде введенная в практику русским инженером Николаем Гавр илот чем Славяновым; исключительное распространение как средст защиты от молнии получили металлические шесты — «громос воды» и многие другие.
Великая Октябрьская Социалистическая революция дала во можность не только достойно оценить самоотверженный тр> русских ученых, но и открыла новую эру в развитии русскс электротехники.
По указанию В. И. Ленина и И. В. Сталина был разработав знаменитый план электрификации России (ГОЭЛРО).
Постоянные заботы партии, правительства и лично товарищ; Сталина подняли на невиданную высоту развитие советско] электротехники и ее самостоятельных отраслей — радиотехники телевидения и радиолокации.
Достижениями в этих областях, имеющими громадное значение в деле технического прогресса социалистического народного хозяйства и оснащении Советской Армии новейшими техническими средствами, мы обязаны трудам выдающихся советских ученых: С. И. Вавилова, М. А. Бонч-Бруевича, В. П. Вологдина, М. А. Шателена, А. Ф. Иоффе, Л. И. Мандельштама, В. К- Лебединского, Н. Д. Папалекси, А. И. Берга, А. Л. Минца,
6
Б. А. Введенского и многих других талантливых физиков и инженеров.
На смену великим одиночкам прошлого появилась целая армия советских ученых. Являясь продолжателями всего лучшего, что оставила творческая мысль великих русских ученых, они развивают и умножают славные традиции прошлого русской науки.
ф
Автор выражает искреннюю признательность Д. Г. Максимову, Ю. М. Галкину, М. Ф. Каштанову, С. П. Рыкову, П. Т. Аста-шенкову и другим товарищам, давшим критические замечания по книге 2-го издания и советы, способствовавшие улучшению книги при подготовке ее к 3-му изданию.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК И ЕГО СВОЙСТВА
Глава I
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
1.	ПОЛУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА ТРЕНИЕМ
Впервые электричество было получено искусственным путем около двух тысяч пятисот лет назад. Было замечено, что кусок янтаря \ потертый о мех или шерсть, приобретает особые свойства, выражающиеся в том, что он начинает притягивать к себе очень легкие предметы, как, например, кусочки волос, пробки и т. д.
В то время, конечно, никто еще не знал об электричестве, и только впоследствии указанное выше явление было объяснено наличием в телах электричества, название которого^произошло от греческого слова электрон, что значит яггс\рь, в котором эти явления были обнаружены прежде всего.
Вопросам исследования электрических явлений, наблрдаю-щихся в природе (молния), много внимания посвятил великий русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов. Опытным путем он доказал существование электричества в воздухе, окружающем земной шар. Им же было дано объяснение причин появления электричества в облаках, возникновения молнии и предложено применение металлических шестов — «громоотводов».
Простейший опыт получения электричества мы мокем воспроизвести и сейчас, если потрем эбонитовую 1 2 палочкг о кусок сукна или меха. Поднося после этого эбонитовую пало!ку к мелким кусочкам бумаги, волоса, заметим, что они будут притянуты к ней. Если же к натертой палочке поднести в темнот* палец, то будет заметна маленькая искра и слышен характерный треск. Кроме эбонита, такие же свойства обнаруживают отекло, сургуч и другие материалы.
Эти свойства тел называются электрическими, а сами тела, находящиеся в таком состоянии, — наэлектризованными.
Необходимо отметить, что при трении электризуются вообще все тела, но некоторые из них, как эбонит, стекло, сургуч.
1 Янтарь — вид. затвердевшей смолы.
2 Эбонйт—каучук с большим содержанием серы.
S
Михаил Васильевич Ломоносов (1711—1765)
можн при трении держать непосредственно рукой, в то время как другие тела (главным образом металлы) необходимо закреплять на стеклянной пли эбонитовой подставке, иначе присутствие ^ектричества на них обнаружено не будет.
2.	ПРОВОДНИКИ и непроводники
Возыем металлический шар (рис. 1), укрепленный на ггеклянной подставке, а затем, наэлектризовав эбодитовую палочку трением ее о мех, прикоснемся нюлектризованным местом к металлическому шару. Пди этом окажется, что теперь и шар будет притягивать к себе кусочки бумаги и другие легкие тел^, хотя до касания к нему наэлектризованной палочкой он таких свойств не обнаруживал. Отсюда следует, что электричество перешло с палочки на Ш1р. Если вновь натереть эбонитовую палочку и опять коснуться ею шара, то часть электричества вновь перейдет с палочки на шар. Повторяя подобные опыты несколько раз подряд, мы ложем собрать на шаре большое количество элек-
Рис. 1. Металлический шар на стеклянной подставке
[ричества, или, как говорят, сообщить металлическому шару ольшой электрический заряд.
Если заменить стеклянную подставку шара металлической, например медной, и попробовать наэлектризовать шар, то это не удастся, т. е. сколько бы электричества шару ни сообщали, он не будет обнаруживать никаких электрических свойств. Объясняется это тем, что электрический заряд, сообщаемый шару наэлектризованной палочкой, по медной подставке уходит в стол, и затем в землю.
С другой- стороны, если заряженного шара, находящегося на стеклянной подставке, коснуться рукой или металлической проволокой, соединенной с землей, то электрический заряд с него также уйдет в землю, и шар не будет обнаруживать электрических свойств.
Отсюда следует вывод, что все встречающиеся в природе тела не одинаково проводят электричество: одни проводят его хорошо, другие плохо.
Поэтому все тела разделяются на проводники электричества и непроводники (изоляторы, или диэлектрики).
Сведения о наиболее часто употребляемых проводниках и изоляторах приведены в приложениях 3 и 4.
3.	ДВА РОДА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Электричество, получаемое путем трения на том или ином теле, оказывается по своим свойствам неодинаковым.
Рис. 2. Притяжение пробкового шарика к наэлектризованной палочке
Рис. 3. Отталкигание пробкового шарика получившего заряд ст наэлектризованной пглочки
Проделаем следующий опыт. При . помощи шелковой ниточки подвесим на стойке легкий пробковый иле бузиновый шарик и затем, наэлектризовав эбонитовую палочку трением о мех или сукно, поднесем ее к пробковому шарику. При этом произойдет следующее: шарик вначале быстро притянется к эбонитовой палочке (рис. 2), но, как только коснется ее, сразу же оттолкнется и займет положение, показанное нА рис. 3. Если 10
к этому заряженному шарику поднести стеклянную палочку, наэлектризованную трением о шелковую материю или кожу, то шарик притянется к ней.
Возьмем теперь два шарика, подвешенных к двум стойкам на шелковых ниточках, и коснемся каждого из них наэлектризованной стеклянной палочкой.
Приближая после этого оба шарика один к другому, заметим, что они будут стремиться оттолкнуться и займут положение, показанное на рис. 4. То же самое произойдет, если оба шарика будут заряжены наэлектризованной эбонитовой палочкой.
Совершенно иные свойства будут обнаружены, если первый из двух шариков зарядить, прикоснувшись к нему наэлектризованной стеклянной палочкой, а другой шарик наэлектризовать эбонитовой палочкой. Шарики будут притягиваться один к другому (рис. 5).
Рис. 4. Шарики с одноименными зарядами отталкиваются
Рис. 5. Шарики с разноименными зарядами притягиваются
Проделанные опыты показывают, что необходимо различать два электрических состояния тел, или, как говорят, два рода электричества:
1)	электричество, получаемое на стекле при трении его о шелковую материю или кожу, которое условились называть положительным электричеством;
2)	электричество, получаемое на эбоните при трении его о мех или шерстяную материю, которое условились называть отрицательным электричеством.
Положительное электричество принято обозначать знаком плюс (+), а отрицательное знаком минус (—).
Тела, наэлектризованные одноименным электричеством, безразлично — положительным или отрицательным, одно от другого отталкиваются (рис. 4). Тела же, наэлектризованные разноименным электричеством, притягиваются одно к другому (^ис. 5).
При этом необходимо иметь в виду, что притяжение или отталкивание наэлектризованных шариков будет тем сильнее, нем
меньше расстояние между ними и чем больше по величине заряд, сообщенный каждому из шариков.
Следует также помнить, что если мы, натирая стеклянную палочку шелком, получаем на стеклянной палочке положительное электричество, то, в свою очередь, на шелке мы получаем в таком же количестве отрицательное электричество. И, наоборот, при трении эбонита о мех на эбоните мы получаем отрицательное электричество, а самый мех электризуется положительно.
4.	ЭЛЕКТРОННАЯ ТЕОРИЯ
Все предыдущие опыты естественно вызывают вопрос: почему же до электризации тело не обнаруживало в себе никаких признаков электричества? Объясняется это тем, что всякое тело имеет в себе два рода электричества — положительное и отрицательное, находящиеся в одинаковых количествах и взаимно уравновешивающиеся.
Таким образом, при равновесии разноименных электричеств тело будет в электрическом отношении нейтральным.
При всяком искусственном нарушении этого равновесия возникало отдельно и положительное и отрицательное электричество, причем оба рода электричества, притягиваясь одно к другому, стремились соединиться и вернуть телу прежнее состояние электрического равновесия.
Выяснить природу электричества удалось только ок^Ъ 50 лет тому назад, когда была разработана так называемая электронная теория строения вещества. Разработка этой теории стала возможной после бессмертного открытия великим русским ученым Дмитрием Ивановичем Менделеевым периодической системы элементов.
Известно, что все встречающиеся в природе вещества делятся на простые и сложные.
Простыми веществами, или элементами, называются вещества, которые не поддаются никаким химическим разложениям или преобразованиям. Д. И. Менделеев расположил простые вещества по их свойствам в стройную таблицу.
Сложными веществами называются вещества, составленные из двух или нескольких химически соединенных простых веществ. Примером сложного вещества может служить поваренная соль (NaCl), состоящая из двух простых химически соединенных веществ: металла натрия (Na) и газа хлора (С1).
Каждое вещество состоит из мельчайших частиц — молекул.
Молекулой какого-либо вещества называется такая мельчайшая его частица, которая является пределом физической делимости данного вещества, т. е. которая еще обладает всеми физическими и химическими свойствами этого вещества.
Молекулы каждого вещества, в свою очередь, делятся на атомы. Так, молекула хлористого натрия (NaCl) состоит из 12
Не останавливаясь пока на рассмотрении тех внешних сил, которые могут придать электронам упорядоченное движение, приведем здесь один интересный опыт, подтверждающий наличие электронов в любом теле и их материальную природу. Для опыта изготовлялась проволочная катушка с болыцим .числом витков. Концы проволоки присоединялись к чувствительному гальванометру *. Катушке сообщалось быстрое вращательное движение в плоскости витков, после чего она резко останавливалась. Каждый раз в момент остановки катушки стрелка гальванометра отклонялась. Отклонение стрелки гальванометра может быть объяснено только тем/ что свободные электроны, находящиеся в проволоке в хаотическом состоянии, в момент резкой остановки катушки в силу инерции стремятся двигаться в направлении ее вращения, т. е. упорядоченно.
Отметим попутно, что наличием в металлах свободных электронов объясняется, в частности, способность металлов свободно проводить электричество.
В непроводниках (изоляторах) электроны значительно сильнее связаны со своими атомами, чем в металлах, и движение электронов ограничивается пределами всего лишь одной молекулы, поэтому свободное прохождение электричества по диэлектрику затруднено, а иногда и совершенно невозможно.
5.	ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ
Опыты с наэлектризованными телами, приведенные в разделе 3, свидетельствуют о том, что свойства пространства вокруг зарядов (заряженных тел) отлйчаются от свойств пространства, в котором нет зарядов. При этом свойства пространства при внесении в него электрического заряда изменяются не мгновенно: изменение начинается у заряда и с определенной скоростью распространяется от одной точки пространства к другой.
В пространстве, содержащем заряд, проявляются механические силы, действующие на другие заряды, внесенные в это пространство. Эти силы есть результат не непосредственного действия одного заряда на другой, а действия через качественно изменившуюся среду.
Пространство, окружающее электрические заряды, в котором проявляются силы, .действующие на внесенные в него электрические заряды, называется электрическим полем.
Заряд, находящийся в .электрическом поле, движется в направлении силы, действующей на него со стороны поля. Состояние покоя такого заряда возможно лишь тогда, когда к заряду приложена какая-либо ^'внешняя (сторонняя) сила, уравновешивающая силу электрического поля.
Как только нарушается равновесие между сторонней силой и силой поля, заряд снова ftриходит в движение. Направление его движения всегда совпадает с направлением большей силы.
Для наглядности электрическое поле принято изображать так называемыми силовыми линиями электрического)
1 Гальванометр — прибор для обнаружения очень слабых электйачейЮЮТЖ токов.
15
поля. Эти линии совпадают с направлением сил, действующих в электрическом поле. При этом условились проводить столько линий, чтобы их число на каждый 1 см2 площадки, установленной перпендикулярно к линиям, было пропорционально силе ноля в соответствующей точке.
Рис. 7. Примеры изображения электрического поля при помощи силовых линий:
а — электрическое поле одиночного положительного заряда;
6 — электрическое поле одиночного отрицательного заряда; в — электрическое поле двух разноименных зарядов; г — электрическое поле двух одноименных зарядов
За направление поля условно принято направление силы поля, действующей на положительный заряд, помещенный в данное поле. Положительный заряд отталкивается от положительных зарядов и притягивается к отрицательным. Следовательно, поле направлено от положительных зарядов к отрицательным.
16
Направление силовых линий обозначается на чертежах стрелками.
Наукой доказано, что силовые линии электрического поля имеют начало и конец, т. е. они не замкнуты сами на себя. Исходя из принятого направления поля, устанавливаем, что силовые линии начинаются на положительных зарядах (положительно заряженных телах) и заканчиваются на отрицательных.
На рис. 7 показаны примеры электрического поля, изображенного при помощи силовых линий.
Нужно помнить, что силовые линии электрического поля — это лишь способ графического изображения поля. Большего содержания в понятие силовой линии здесь не вкладывается.
6.	ЗАКОН КУЛОНА
Сила взаимодействия двух зарядов зависит от величины и взаимного расположения зарядов, а также от физических свойств окружающей их среды.
Для двух наэлектризованных физических тел, размеры которых пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием между телами, сила взаимодействия математически определяется следующим образом:
Р __ QiQ'2
где F—сила взаимодействия зарядов в ньютонах (и)1; г—расстояние между зарядами в метрах (м);
и Q2 — величины электрических зарядов в кулонах (к)1 2;
k — коэфициент пропорциональности, величина которого зависит от свойств среды, окружающей заряды.
Приведенная формула читается так: сила взаимодействия между двумя точечными зарядами прямо пропорциональна произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними (закон Кулона).
Для определения коэфициента пропорциональности k служит выражение
k=~, е
в котором е — диэлектрическая проницаемость среды, определяющая влияние среды на силу взаимодействия зарядов.
Диэлектрическая проницаемость среды е выражается произведением
£= V£0>
1 Ньютон («) — единица измерения силы, принятая в абсолютной практической электромагнитной системе единиц МКСА (см. приложение 1 в конце
2 1 кулон == 6,29 • IO'8 зарядов электронов.
2-569
17
где &r — относительная проницаемость среды — отвлеченное число, показывающее, во сколько раз диэлектрическая проницаемость рассматриваемой среды выше диэлектрической проницаемости вакуума («пустоты»);
е0 — диэлектрическая проницаемость пустоты; в абсолютной практической электромагнитной системе единиц МКСА она принята равной
__	1	/ кулон \
0	9-109 \вольт-метр/ ‘
Ниже приведены относительные диэлектрические проницаемости некоторых веществ.
Вакуум................................1,0
Воздух.............................. 1,00059
Бумага................................3,0—3,5
Парафин...............................2,1—2,2
Слюда.................................4 —7,5
Целлулоид.............................4—16
Фарфор ...............................6—6,5
Стекло '..............................5,5—10
Керосин...............................2—2,2
Тиконад...............................40—80
7.	ПОТЕНЦИАЛ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
В разделе 5 указывалось, что электрическое поле всегда сообщает движение заряду, если силы поля, действующие на заряд, не уравновешиваются какими-либо сторонними силами.
Это говорит о том, что электрическое поле обладает потенциальной энергией, т. е. способностью совершать работу.
Перемещая заряд из одной точки пространства в другую, электрическое поле совершает работу, в результате чего запас потенциальной энергии поля уменьшается.
Если заряд перемещается в электрическом поле под действием какой-либо сторонней силы, действующей навстречу силам поля, то работа совершается не силами электрического поля, а сторонними силами. В этом случае потенциальная энергия поля не только не уменьшается, а, наоборот, увеличивается.
Работа, которую совершает сторонняя сила, перемещая в электрическом поле заряд, пропорциональна величине сил поля, противодействующих эт^ому перемещению. Совершаемая при этом сторонними силами работа полностью расходуется на увеличение потенциальной энергии поля.
Для характеристики поля со стороны его потенциальной энергии принята величина, называемая потенциалом электрического поля. Сущность этой величины состоит в следующем.
Предположим, что положительный заряд находится за пределами рассматриваемого электрического поля. Это значит, что поле практически не действует на данный заряд. Пусть сторон-18
няя сила вносит этот заряд в электрическое поле и, преодолевая сопротивление движению, оказываемое силами поля, переместит заряд в данную точку поля. Работа, совершаемая силой, а значит, и величина, на которую увеличилась потенциальная энергия поля, зависит всецело от свойств поля. Следовательно, эта работа может характеризовать энергию данного электрического
поля.
Энергия электрического поля, отнесенная к единице положительного заряда, помещенного в данную точку поля, и называется потенциалом поля в данной его точке.
Если потенциал обозначить буквой <р, заряд — буквой q и затраченную на перемещение заряда работу — IF, то потенциал поля в данной точке выразится формулой
W
Из сказанного следует, что потенциал электрического поля в д а н н о й е г о т о ч к е ч и с л е н н о равен работе, совершаемой сторонней силой при перемещении единицы положительного заряда из-за пределов поля в данную точку.
Потенциал поля измеряется в вольтах (в). Если при переносе одного кулона электричества из-за пределов поля в данную точку сторонние силы совершили работу, равную одному джоулю \ то потенциал в данной точке поля равен одному вольту:
1 вольт --=
1 джоуль
1 кулон
Пример 1. Определить потенциал в точке поля, в которую перенесен из-за пределов поля заряд q = 4 к, если известно, что сторонними силами при этом была совершена работа А = 500 дж.
Решение. В результате того, что при переносе заряда сторонние силы совершили работу, потенциальная энергия поля увеличилась на величину W = А = 500 дж.
Потенциал поля в рассматриваемой точке найдем по формуле
Г	500
ф =----= —г- — 125 в.
r q	4
Следует иметь в виду, что сторонними силами совершается работа лишь тогда, когда положительный заряд вносится в электрическое поле, созданное положительными зарядами. Затраченная на перемещение заряда работа сторонних сил будет в этом случае положительна, и потенциал считается тоже положительным.
В том же случае, когда положительный заряд переносится в пределы электрического поля, образуемого отрицательными за-
1 1 джоуль (или ватт-секунда) равен работе, которую производит, сила в 1 ньютон при перемещении точки приложения этой силы на 1 метрлоеена^ правлению (см. приложение 1).
2*
19
рядами, работа совершается за счет потенциальной энергии поля, т. е. она будет отрицательна. Потенциал такого поля тоже отрицателен.
Пример 2. При переносе заряда q = 2 к из-за пределов поля в точку / силы поля совершили работу А = 600 дж. Определить потенциал <?i в этой точке.
Решение. Потенциал в данном случае отрицательный, так как работа при переносе совершена силами поля (за счет потенциальной энергии поля). Следовательно, уменьшение энергии поля равно
= — 600 дж.
Потенциал поля в точке 1 равен
Чтобы можно было сравнивать потенциалы поля, созданного совокупностью отрицательных и положительных зарядов в различных его точках, за нулевой потенциал принят потенциал земли.
Потенциал в данной точке поля, превышающий потенциал земли, считается положительным.
8.	НАПРЯЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
В любом электрическом поле положительные заряды перемещаются от точек с более высоким потенциалом к точкам с потенциалом более низким.
Отрицательные заряды перемещаются, наоборот, от точек с меньшим потенциалом к точкам с большим потенциалом. JB обоих случаях работа совершается за счет потенциальной энергии электрического поля.
Если нам известна эта работа, т. е. величина, на которую уменьшилась потенциальная энергия поля при перемещении положительного заряда q из точки 1 поля в точку 2, то легко найти напряжение между этими точками поля (Л,2;
где А — работа сил поля при переносе заряда q из точки 1 в точку 2.
Напряжение между двумя точками электрического поля численно равно работе, которую совершает поле для переноса единицы положительного заряда из одной точки поля в другую.
Как видно, напряжение между двумя точками поля и разность потенциалов между этими же точками представляют собой одну и ту же физическую сущность. Поэтому термины напряжение и разность потенциалов суть одно и то же. Напряжение измеряется в вольтах (в).
20
Напряжение между двумя точками равно одному вольту, если при переносе одного кулона электричества из одной точки поля в другую силы поля совершают работу, равную одному
джоулю:
1 вольт
1 джоуль
1 кулон
Пример 1. Определить напряжение переносе между этими точками заряда бота А = 22 дж.
Решение. Напряжение находим
между двумя точками поля, если при 9 = 0,1 к силами поля совершена ра-
но формуле
22 о?Г
= 220 в.
А

9
9.	НАПРЯЖЕННОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ
Из закона Кулона следует, что величина силы электрического поля данного заряда, действующей на помещенный в этом поле другой заряд, не во всех точках поля одинакова.
Характеризовать электрическое поле в каждой его точке можно величиной силы, с которой оно действует на единичный положительный заряд, помещенный в данной точке. Зная эту величину, можно определить силу F, действующую на любой заряд Q. Можно написать, что F. = Q Е, где F — сила, действующая со стороны электрического поля на заряд Q, помещенный в данную точку поля; Е — сила, действующая на единичный положительный заряд, помещенный в эту же точку поля.
Величина Е, численно равная силе, которую испытывает единичный положительный заряд в данной точке поля, называется напряженностью электрического поля.
В системе единиц МКСА единицей напряженности электриче-. вольт ского поля служит 1---.
J метр
Следует иметь в виду, что нельзя смешивать понятия напряжение поля с напряженностью поля. Первое из них характеризует работу, совершаемую силами поля при переносе единицы положительного заряда из одной точки поля в другую, а второе — силу, с которой действует поле на единицу положительного заряда, помещенного в данную точку поля.
10.	электрическая емкость, конденсаторы
Если изолированному проводнику сообщить электрический заряд, то вокруг такого проводника образуется электрическое поле, а сам проводник приобретет потенциал.
Чем больше величина заряда Q, тем выше потенциал <р проводника и тем большей потенциальной энергией обладает;.электрическое поле.
2Г
Для данного проводника, находящегося в неизменной среде, отношение заряда к потенциалу есть величина постоянная. Эта величина называется электрической емкостью или просто емкостью данного проводника и обозначается буквой С.
Принятые нами обозначения позволяют выразить емкость так:
С = —.
<р
За единицу электрической емкости в системе единиц МКСА принята фарада (ф).
Фарада — это емкость такого проводника, потенциал которого повышается на 1 в при сообщении проводнику заряда 1 к.
В практике приходится иметь дело с такими емкостями, которые обычно в миллионы раз меньше фарады. Поэтому для измерения емкости пользуются микрофарадами (мкф) или микро-микрофарадами (мкмкф). Микрофарада равна одной миллионной фарады, микромикрофарада — одной миллионной микрофарады.
Емкость проводника не зависит от массы проводника и от того, из какого материала он сделан. Но емкость проводника находится в прямой зависимости от диэлектрической проницаемости среды.
Если, например, проводник перенести из воздуха в керосин, то его емкость увеличится примерно в 2 раза.
Кроме того, емкость зависит от формы проводника и от того, есть ли по соседству с ним другие проводники и на каком расстоянии от него они находятся.
Если расположить по соседству несколько проводников, то нужно рассматривать емкость системы этих проводников, а не емкость одного заряжаемого проводника. При сближении проводников емкость системы увеличивается.
Емкость системы из двух проводников численно равна количеству единиц заряда, которое нужно сообщить одному из этих проводников, чтобы разность потенциалов (напряжение) между ними повысилась на единицу, т. е.
С = —= 77-— <?2 U
Емкость такой системы проводников равна одной фараде, если при сообщении одному из них одного кулона электричества напряжение между проводниками увеличивается на один вольт.
Достигнуть значительной величины емкости системы из двух проводников можно, если взять проводники большой поверхности и расположить их в среде с большой диэлектрической проницаемостью на незначительном расстоянии один от другого. Система проводников такого устройства называется конденсатором. 22
Простейший конденсатор представляет собой две металлические тонкие пластины (обкладки конденсатора), изолированные одна от другой диэлектриком.
Емкость такого конденсатора выражается формулой р _______________________ ег£о$
W >
в которой
С — емкость в фарадах;
гг —• относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика;
г0 — диэлектрическая проницаемость пустоты;
S — поверхность одной пластины с одной стороны в квадратных метрах;
d—расстояние между обкладками в метрах;
т: =3,14159.
11.	ПОНЯТИЕ ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ТОКЕ
Возьмем два металлических шара на стеклянных подстав
ках и зарядим в одинаковых количествах один положительным электричеством, а другой отрицательным. С точки зрения электронной теории это будет означать, что на одном шаре искусственно создадим избыток электронов, отчего заряд шара
будет отрицательным, а на другом,ь наоборот, — недостаток электронов, т. е. шар будет заряжен положительно.
В пространстве, окружающем шары, возникнет электрическое поле, наибольший потенциал которого будет на шаре, заряженном положительно, а наименьший —• на
шаре, заряженном отрицательно. Силы электрического поля стремятся переместить положительный заряд в на-
правлении от шара, на котб* ром нехватает электронов, к шару с избытком электронов, а отрицательный заряд—
Рис. 8. Направление движения электронов от тела с избытком электронов к телу с недостатком электронов
в обратном направлении.
Соединим теперь оба шара металлической проволочкой (рис. 8). Избыточные электроны отрицательно заряженного шара пойдут по проволочке ко второму шару и компенсируют недоста
ток электронов в атомах его металла. В результате в соединительной проволочке мы будем иметь, правда, очень короткий про-
межуток времени, упорядоченное движение электронов от одного шара к другому. Это движение электронов прекратится тогда.
23
когда все атомы шара, имевшего положительный заряд, получат недостававшие им электроны, после чего оба шара станут в электрическом отношении нейтральными и признаков электрического заряда обнаруживать не будут./Другими словами, перетеканий зарядов от одного шара к другому прекращается тогда, когда разность потенциалов становится равной нулю.
Если же при помощи какого-либо специального^ прибора будем непрерывно поддерживать на одном шаре избыток электронов (—), а на другом недостаток электронов ( + ), то в соединяющей оба шара проволочке будет непрерывное движение электронов.
Непрерывное упорядоченное движение электронов (отрицательных электрических зарядов) по металлическому проводнику называется электрическим током проводимости. Электроны могут двигаться только в определенном направлении, а именно: "от тела с избытком электронов к телу с их недостатком. Следовательно, электрический ток в проводниках имеет "направление от «минуса» к «плюсу».
Но в электротехнике за направление движения электрического тока принято считать его направление от положительно заряженного тела к телу, заряженному отрицательно, или, сокращенно, от «плюса» к «минусу».
Отмеченное противоречие объясняется тем, что это условное направление было принято до открытия электронов и появления электронной теории, когда электрический ток рассматривался как движение двух невесомых жидкостей — положительной и отрицательной навстречу одна к другой. За направление электрического тока приняли тогда направление движения предполагаемой положительной «электрической жидкости». Чтобы не менять установившихся в электротехнике правил и расчетов, условились попрежнему считать направление электрического тока от «плюса» к «минусу».
Таким образом, направление электрического тока, которое принято в практической электротехнике, оказалось противоположным действительному движению электронов, однако это ни в коей мере не искажает смысла законов и расчетов, касающихся электричества.
Электрический ток возможен не /только в металлических проводниках, но и в жидкостях, в газах ’, в вакууме и даже в диэлектриках.
Выше, в разделе 4, упоминалось, что в диэлектриках электроны так прочно связаны с ядрами, что их трудно отщепить от атомов. Поэтому в диэлектриках при нормальных условиях нет свободных электронов, являющихся основой электрической проводимости металлов.
Однако, если диэлектрик находится в электрическом поле, изменяющемся по величине и направлению (переменное электри-
1 Об электрическом токе в жидкостях и газах см. главу И.
24
ческое поле), орбиты электронов всех атомов под влиянием сил. поля вытягиваются относительно ядер то в одну, то в другую сторону. Такое одновременное смещение орбит электронов сразу всех атомов, согласованное с изменением электрического поля, называется электрическим током смещения.
В каких бы условиях ток ни проявлялся, он всегда сопровождается магнитным полем. Электрический ток без магнитного поля невозможно представить, как невозможно представить возникновение тока без электрического поля.
Поэтому электрический ток нужно представлять не односторонне, только как упорядоченное движение электронов, а как сложный процесс, состоящий из электрических и магнитных явлений, взаимно обусловливающих и дополняющих друг друга. Совокупность электрического и магнитного полей, находящихся в непрерывной органической связи, и обусловливает упорядоченное движение электрических зарядов и распространение" электромагнитной энергии в пространстве.
Скорость распространения электромагнитной энергии может быть приравнена к скорости распространения света, которая составляет 300 000 км/сек.
Не следует смешивать скорость распространения электромагнитной энергии со скоростью движения электронов вдоль проводника. Эта скорость электронов равна всего лишь нескольким миллиметрам* в секунду. Под скоростью электрического тока необходимо понимать ту скорость,' с которой распространяется вдоль проводника электромагнитная энергия.
12.	ПОНЯТИЕ ОБ ИСТОЧНИКАХ-ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Для получения электрического тока необходим специальный прибор, который давал бы возможность непрерывно и достаточно равномерно поддерживать на одном конце проводника избыток электронов, а на другом — недостаток, т. е. обеспечивать между этими точками проводника электрическое напряжение.
Такие приборы называются источниками электрического тока, или, точнее — источниками электрической энергии. В них происходит преобразование в электрическую энергию некоторого другого |вида энергии.
Наибольшее распространение в технике получили химические и механические источники электрической энергии.
К химическим источникам электрической энергии относятся гальванические элементы и аккумуляторы (рис. 9). В них химическая энергия преобразуется в электрическую.
К механическим источникам электрической энергии относятся генераторы (динамомашины) (рис. 10) и магнето. В них механическая энергия преббразуется в электрическую энергию.
Кроме перечисленных выше источников электрической энергии, являющихся основными, в технике используются и другие
25
источники, в которых непосредственно в электрическую энергию преобразуется тепло (термоэлементы), свет (фотоэлементы) и т. д. Электрическая энергия этих источников используется при различных измерениях, сигнализации, о? телемеханических устройствах1 и связи.
Рис. 9. Аккумуляторная батарея — химический источник электрической энергии
Рис. 10. Генератор — механический источник электрической энергии
Из химических источников электрической энергии на колесных и гусеничных машинах находят применение аккумуляторы, а из механических источников' электрической энергии генераторы и магнето.	‘ .
1 Телемеханика — управление механизмами на расстоянии.
26
13.	ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Источник электрической энергии, основанный на преобразовании химической энергии в электрическую, получил название гальванического элемента.
Первый гальванический элемент носит название медно-цинко-вого.
Медно-цинковый элемент (рис. 11) состоит из сосуда, наполненного раствором серной кислоты (H2SO4) в воде, в котором помешены на некотором расстоянии одна от другой две металлические пластинки: медная (Си) и цинковая (Zn).
Если обе пластинки замкнуть вне элемента тонкой проволочкой, то по ряду чисто внешних признаков мы можем убедиться в том, что элемент действует и по соединительной проволочке непрерывно происходит перемещение электронов, т е. имеет место электрический ток. Так, например, проволочка, соединяющая пластинки, будет нагреваться; магнитная стрелка, поднесенная к проволочке, будет отклоняться и т. д..,	>
Что же при этом происходит в элементе и почему две разнородные пластинки, помещенные в раствор серной кислоты, способны вызвать появление электрического тока?
Наблюдая внимательно за элементом, мы вскоре заметим, что в то время, когда пластинки замкнуты проволочкой, цинковая пластинка постепенно растворяется, уменьшаясь в объеме, причем одновременно уменьшается и количество серной кислоты в жидкости. С медной же пластинкой практически изменений не происходит.
Таким образом, появление электрического тока в данном случае может быть объяснено химической реакцией, происходящей между цинком и серной кислотой, вследствие чего химическая энергия, которой обладает цинк, постепенно превращается в энергию электрическую. Вполне понятно, что продолжительность действия гальванического элемента зависит от наличия цинка и серной кислоты в жидкости. При израсходовании одного из них действие элемента прекращается.
Электрический ток, получаемый прй помощи гальванического элемента, имеет определенное направление. Электрический ток в проволочке, соединяющей оде пластинки элемента, проходит в направлении от нерас-творяющейся пластинки к растворяющейся. В частности, для медно-цинкового элемента направление тока в проволочке будет от медной пластинки’ к цинковой (см. стрелки на рис. И). Внутри элемента электрический ток будет проходить в противоположном направлении, т. е. от цйнковой пластинки к медной.
Ввиду различного в электрическом отношении состояния пластинок им присвоены
27
Рис. И. Медно-цин-ковый элемент
определенные названия и условные обозначения. Так, каждая пластинка носит название электрода, причем конец каждого электрода, выступающий из жидкости, называется полюсом. Жидкость, в которой находятся электроды элемента, называется
электролитом.
Тот электрод, который в процессе работы элемента не растворяется, называется положительным электродом, или анодом. На электрических схемах и на самих источниках положительный полюс всегда обозначают знаком «плюс» (-|-). Электрод, который в процессе работы элемента растворяется, назы-
вается отрицательным электродом, или катодом, и на схемах и источниках обозначается знаком «минус» (—).
Медно-цинковый элемент в настоящее время не применяется.
Он вытеснен элементом более совершенной конструкции—угольно-цинковым.
Угольно-цинковый элемент (рис. 12) состоит из положительного и отрицательного электродов, помещенных в стеклянный сосуд, наполненный электролитом.
Положительный электрод представляет собой круглый или прямоугольный стержень 7, изготовленный из угля и окруженный спрессованной смесью 2, состоящей из порошка перекиси ^марганца
и мелко истолченного графита. Для присоединения провода к положительному электроду угольный стержень снабжен зажимом 3.
Отрицательный электрод предста-
Рис. 12. Угольно-цинковый элемент:
1 — угольный стержень; 2 — деполяризующая смесь; 3 -г-медный зажим; 4 — цинковый цилиндр; 5 — свинцовый отросток; 6 — стеклянный сосуд
вляет собой цинковый цилиндр 4, окру-
жающий положительный электрод. Свинцовый отросток 5 слу-
жит для присоединения к отрицательному электроду провода внешней цепи.
Электроды помещаются в стеклянный сосуд 6, который заполняется электролитом, представляющим собой двадцатипятипроцентный раствор хлористого аммония (нашатыря) в воде.
В тех случаях, когда элементы ^подвержены переноске и всевозможным сотрясениям, применяют сухие или водоналивные
элементы.
Сухой элемент отличается от описанного выше элемента только тем, что жидкий электролит в нем заменен специальной густой пастой. В соответствии с этим надобность в стеклянном сосуде отпадает, и его функции с успехом выполняет цинковый отрицательный электрод, которому придана форма коробки (рис. 13). Пространство между цинковой коробкой и положительным электродом заполняется пастой, состоящей из раствора хлористого аммония (нашатыря), сгущенного добавлением гипса и глицерина. Сверху элемент залит слоем специальной мастики, чтобы предотвратить быстрое высыхание пасты, а цинковая
28
коробка оклеена плотной бумагой. К недостаткам сухогб элемента следует отнести высыхание пасты при длительном, хранении.
А	Б	в
Рис. 13. Сухие и водоналивные элементы:
А, В — сухой элемент; Б — элемент водоналивной; 1 — положительный полюс; 2 — отрицательный полюс; 3 — стеклянная трубочка для заливки воды
Для устранения указанного недостатка применяют водоналивные элементы. Устройство их аналогично устройству сухого элемента с той лишь разницей, что пространство- между цинковой коробкой и углем заполнено не пастой, а хлористым аммонием (нашатырем) в порошке, перемешанным с деревянными опилками. Для приведения элемента в действие необходимо через стеклянную трубочку, расположенную вверху элемента, налить чистой воды. Раствор хлористого аммония в воде, являющийся электролитом, впитывается опилками, что предотвращает его выливание.
14.	ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЦЕПЬ
Чтобы использовать электрическую энергию, получаемую от любого источника электрической энергии, к его полюсам или зажимам при помощи проводов присоединяется тот прибор, в котором электрическая энергия может быть преобразована в другой вид энергии.
В качестве примера на рис. 14 показано присоединение лампочки к зажимам источника электрической энергии (аккумуляторной батареи). Если замкнуть выключатель, лампочка загорится, свидетельствуя о появлении электрического тока.
Чтобы в проводниках протекал ток, необходимо создать электрическую цепь.
Электрической цепью называется электротехническая установка, состоящая из трех основных частей: 1) источника электрической энергии, превращающего энергию какого-либо Рида
29
в электрическую энергию; 2) системы соединительных проводов, по которым электрическая энергия поступает от источника тока к месту потребления ее; 3) потребителя электрической энергии, преобразующего электрическую энергию в энергию какого-либо другого вида.
Простой электрической цепью называется такая цепь, электрический ток в которой нигде не разветвляется (во внимание не принимаются ответвления в измерительные приборы, например в вольтметры).
Рис. 14. Простейшая двухпроводная электрическая цепь и ее схема
Электрический ток возможен только в замкнутой цепи. Если в какой-либо точке прервать цепь, — ток в цепи прекратится.
Электрическая цепь делится на две части: внутреннюю и внешнюю. Внутренней частью цепи называется часть всей цепи, находящаяся в пределах (внутри) самого источника электрической энергии. Внешней частью цепи называется та часть всей цепи, которая расположена вне пределов источника электрической энергии. В дальнейшем будем для краткости пользоваться терминами: внутренняя цепь (вместо — внутренняя часть цепи) и внешняя цепь (вместо — внешняя часть цепи).
Внешняя цепь, в свою очередь, состоит из потребителей — приборов, которые приводятся в действие электрическим током, и соединительных проводов.
Кроме того, во внешнюю цепь могут быть включены различные приборы, получившие название вспомогательных. Эти приборы, не являясь собственно потребителями, служат для замыкания или размыкания цепи (выключатели, рубильники), для изменения направления тока (переключатели, контроллеры) и т. д.
30
Для измерения величин, характеризующих электрический ток, в цепь включаются измерительные приборы (амперметры, вольтметры).
v Графическое изображение электрической цепи называется электрической схемой. Из рис. 14 видно, что электрический ток подводится к потребителю при помощи одного провода, а при помощи другого отводится к источнику электрической энергии.
Такая электрическая цепь называется двухпроводной.
На колесных и гусеничных машинах двухпроводная цепь может быть значительно упрощена, если в качестве одного из проводов, подводящих (или отводящих) электрический ток к потребителю (рис. 15), используются металлические части самой машины, называемые в этом случае «массой». Такие электрические цепи носят название однопроводных цепей.
Рис. 15. Простейшая однопроводяая электрическая цепь и ее схема
Какой полюс источника соединить с массой — положительный или отрицательный, практически* совершенно безразлично. Включение на массу отрицательного полюса предпочитают применять в том случае, если на колесной или гусеничной машине установлена радиостанция.
Нетрудно видеть, что с применением однопроводных цепей число соединительных проводов уменьшается в два раза, а это дает удешевление всей системы, облегчает уход и обнаружение неисправностей в ней.
Понятие «электрическая цепь» в большинстве случаев предусматривает такую систему, в которой источники электрической нергии, соединительные процода и потребители расположены непосредственной близости одни к другим (как, например,/яга т^1есных или гусеничных машинах). Если источники и потрёбд-*!, и удалены на значительное расстояние один от другого,
31
например, электрические станции, питающие освещение и промышленную нагрузку городов, то в этом случае система соединительных проводов называется «распределительной сетью».
Вполне понятно, что сеть в последнем случае можно рассматривать относительно потребителей какь источник электриче-
Злектричеспая распределительная сеть
От источника (станции)
___Кдругим потребителям
Рис. 16. Схема простейшей двухпроводной распределительной сети
ской энергии, несмотря на то, что действительный источник находится, может быть, очень далеко. Распределительные сети выполняются, как правило, двухпроводными, трехпроводными и четырехпроводными. Простейшая двухпроводная распределительная сеть со включенной в нее лампочкой показана на рис. 16-
15.	КОЛИЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Электрический ток в металлическом проводнике представляет собой перемещение по проводнику электронов, из которых каждый несет на себе определенный, правда, чрезвычайно маленький, отрицательный электрический заряд, т. е. количество электричества.
За практическую единицу количества электричества в системе МКСА принят кулон.
Для измерения количества .электричества пользуются методом электролиза ‘.
Сущность электролиза состоит в том, что если в сосуд, наполненный раствором азотнокислого серебра, погрузить две металлические пластинки и присоединить к ним провода от источника электрической энергии, то на пластинке, соединенной с отрицательным полюсом, начнет отлагаться металлическое серебру и пластинка будет увеличиваться в весе. При этом увеличение пластинки в весе оказывается пропорциональным количеству электричества, прошедшему через раствор.
Кулон — это такое количество электричества, которое, проходя через раствор азотнокислого серебра, отлагает на отрицательной пластинке 1,118 мг чистого серебра.
1 Электролиз — разложение растворимых в воде солей, кислот и щелочей под действием электрического тока, сопровождаемое выделением химических веществ на электродах.
32
Пример I. Определить количество электричества, прошедшее через раствор т11Окислого серебра, если на отрицательной пластинке выделилось 0,559 г ^559 лй) чистого серебра.
1 решение. Прошедшее через раствор количество электричества будет
Q = Луя = 500 кулон.
1,110
Пример 2. Определить необходимое количество электричества для того, чтобы отложить на отрицательной пластинке 27 г никеля. Известно, что один кулон выделяет 0,3 мг никеля.
решение.
27000 = 9()со() к н
0.3	. J
16.	СИЛА ТОКА
Одним количеством электричества, проходящим по проводнику, мы еще не можем полностью охарактеризовать электрический ток.
Действительно, количество электричества, равное одному кулону, может проходить по проводнику в течение одного часа, и то же самое количество электричества может быть пропущено по нему в течение одной секунды. Совершенно очевидно, что интенсивность электрического тока во втором случае будет значительно больше, чем в первом, так как то же самое количество электричества проходит в значительно меньший промежуток времени.
Для характеристики интенсивности электрического тока количество электричества, проходящее по проводнику, принято относить к единице времени (секунде).
Количество электричества, проходящее по проводнику в одну секунду, называется силой тока.
В качестве единицы силы тока в системе единиц МКСА принят ампер (а).
Сила тока в проводнике равна одному амперу, если ежесекундно через поперечное сечение его проходит один кулон электричества.
Термин сила тока не совсем точно выражает сущность вкладываемого в него понятия. Лучше было бы говорить величина тока. В дальнейшем будем пользоваться терминами величина тока и просто ток наравне с термином сила тока.
При измерении небольших токов применяют единицу, меньшую ампера в тысячу раз, называемую миллиампером (.мп).
Для измерения силы тока можно воспользоваться методом электролиза. Однако такой способ очень неудобен, и. потому на практике для измерения силы тока применяют успе-ЧИальный прибор, называемый амперметром (рис. 17).'
3 -5S3	33
Для включения амперметра в цепь ее нужно прервать в любой точке (рис. 18) и концы проводов присоединить к зажимам амперметра.
Рис. 17. Амперметры, применяемые для измерения силы тока на колесных и гусеничных машинах
Рис. 18. Схема включения амперметра в цепь
Где именно включить амперметр, т. е. до потребителя (считая по направлению тока) или после него, совершенно безразлично, так как сила тока в простой замкнутой цепи (без разветвлений) будет одинакова во всех точках цепи.
Иногда ошибочно считают, что амперметр, включенный до потребителя, будет показывать большую силу тока, чем включенный после потребителя. В этом случае считают, что «часть тока» тратится в потребителе для приведения его в действие. Это, конечно, неверно, и вот почему.
Электрический ток в металлическом проводнике представляет собой электромагнитный процесс, сопровождаемый упорядоченным движением электронов по проводнику. Однако энергия переносится не электронами, а электромагнитным полем, окружающим проводник.
Через любое поперечное сечение проводников простой электрической цеци проходит в точности одно и то же количество электронов. Какое количество электронов вышло от одного полюса источника электрической энергии, такое же количество их пройдет через потребитель и, конечно, поступит к другому полюсу, источника, ибо электроны как материальные частички израсходоваться при своем движении не могут.
34
Но что же тогда служит причиной действия потребителя, в частности, личиной накаливания нити лампочки? Причиной .является та энергия электро: Магнитного поля, неразрывно связанная с процессом перемещения электронов, которая в потребителе расходуется или, точнее, преобразуетеяв другой вид энергии: световую, тепловую и т. д. Самые же электроны расходоваться не могут, в силу чего показание амперметра во всех точках замкнутой цепи будет одинаковым.
Рис. 19. Включение амперметра в разветвленную однопроводную цепь
В сложных электрических цепях с различными ответвлениями это правило (постоянство тока во всех точках замкнутой цепи) остается, конечно, справедливым, но оно относится только к отдельным участкам общей цепи, которые могут быть рассматриваемы как простые.
Рис. 20. Схема включения амперметров, приведенных на рис. 19
Рис. 19 и 20 дают наглядное представление о способах включения амперметров в цепях с разветвлениями.
17.	ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
Из сказанного выше следует, что электрический ток проводимости представляет собой упорядоченное движение свободных электронов между атомами проводника, сопровождающее передачу электромагнитной энергии вдоль проводника. По пути своего движения к тому или иному атому каждый электрон электрического тока испытывает со стороны электронов, входящих систему атома, отталкивание вследствие одноименности их зарядов, а поэтому вынужден все время отклоняться от прямого си И И Итти в направлении к тем атомам, со стороны которых лы отталкивания будут меньшими На преодоление противо
действия движению электронов расходуется электромагнитная энергия.
Проходя по замкнутой цепи, ток. встречает сопротивление на всем ее протяжении, т. е. не только во внешней цепи, но а внутри источника. При увелш^ении сопротивления цепи сила тока в ней уменьшается.
Эти силы отталкивания вынуждают электроны как бы Лавировать между атомами проводника, чем и оказывают противодействие их свободно му перемещению.
Противодействие, оказываемое проводником проходящему по нему электрическому току, называется электрическим сопротивле-^ н и е м (7?).	v .
За практическую единицу электрического сопротивления в системе единиц МКСА принят ом (ом).
Один ом — это сопротивление такого проводника, в котором устанавливается сила тока, равная одному амперу, при напряжении на концах этого проводника, равном одному вольту.
Ри^ 21. Смметф
Эталоном сопротивления, равным одному ому. принято сопротивл ние которое оказывает неизменному току ртутный СДвлб ВЫСОТОЙ 106,300 с.м» имеющий одинаковое по
всей длине сечение и массу в 14,4521 г при температуре таюй щего льда.
При измерении очень больших сопротивлений применяют единицу мегом1 (мгом). 1 мгом—1 000 000 ом.
Для измерения сопротивления применяются специальные приборы, называемые омметрами (рис. 21). Для измерения небольших сопротивлений пользуются методом вольтметра и амперметра или применяют специальные измерительные мостики.
18.	ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА
Чтобы в проводнике,- обладающем электрическим сопротивлением, проходил электрический ток, нужно затрачивать работу
1 Мега — миллион.
36
Любой источник электрической энергии предназначен именно ля того, чтобы, превращая энергию какого-либо вида в энергию электрическую, он мог совершать работу, требующуюся для перемещения электрических зарядов в электрической цепи.
Величина, численно равная работе, совершаемой источником тока при переносе единицы положительного заряда по всей замкнутой цепи, называется электродвижущей силой Е (сокращенно Э. д. с.).
Как видно из этой формулировки, э. д. с. не соответствует физическому содержанию, которое вкладывается в понятие силы вообще.
В системе единиц МКСА э. д. с. измеряется в вольтах (в).
Электродвижущая сила источника тока равна одному вольту, если при перемещении по всей замкнутой цепи одного кулона электричества источник совершает работу, равную одному джоулю
,	1 джоуль
1 вольт = —;----— .
1 кулон
Работу А, затраченную источником тока на перемещение по всей замкнутой цепи заряда какой угодно величины q, легко определить, умножив величину заряда на э. д. с. источника
A—qE дж.
19.	ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
Электродвижущая сила, возбуждаемая источником электрической энергии, затрачивается на преодоление электрическим током противодействуя как внутри источника, так и во внешней его цепи.
Та часть э. д. с., которая затрачивается на преодоление сопротивления внешней цепи источника, называется электрическим напряжением или просто напряжением источника. Остальная часть э. д. с., расходуемая на преодоление сопротивления внутри источника, называется падением напряжения во внутренней цепи или внутренним падением напряжения.
Следовательно, э. д. с. и напряжение по своей природе представляют собой одно и то же и отличаются лишь по величине.
При неизменной величине э. д. с. источника тока его напряжение зависит от сопротивления внешней электрической цепи.
Пусть сопротивление внешней цепи равно нулю, что соответствует случаю так называемого короткого замыкания. Тогда на перемещение зарядов во внешней цепи никакой работы не расходуется. Следовательно, вся э. д. с. затрачивается на перемещение зарядов только во внутренней цепи.
Внутреннее падение напряжения в рассматриваемом случае равно э. д. с., в силу чего напряжение на зажимах источника, тока равно нулю.
37
По мере увеличения сопротивления внешней цепи увеличивается работа, которая нужна для перемещения зарядов в этой цепи, в результате чего уменьшается внутреннее падение напряжения. Следовательно, чем больше сопротивление внешней цепи, тем должно быть выше напряжение источника тока.
Наконец, при размыкании внешней цепи сопротивление ее становится бесконечно большим, и ток в цепи исчезает. «А это значит, что нет никакого падения напряжения и во внутренней цепи, поэтому в данном случае напряжение источника тока станет равным электродвижущей силе.
Следует иметь в виду, что падение напряжения внутри источника тока в большинстве случаев настолько мало по сравнению
Рис. 22. Вольтметр
с напряжением на зажимах источника тока, что допустимо считать напряжение равным электродвижущей силе.
В силу того что напряжение является частью э. д. с.? величина э. д. с. и напряжения выражаются в одних и тех же практических единицах (вольт).
Для измерения напряжения служит специальный прибор, называемый вольтметром (рис. 22).
При включении вольтметра оба провода от него присоединяются к тем точкам цепи, напряжение между которыми хотят измерить. Так, например, если провода от вольтметра присоединить к зажимам источника электрической энергии (рис. 23), 38
будет измерено напряжение источника; при включении к зажимам потребителя — напряжение, подводимое к потребителю.
Принятые в технике стандартные напряжения источников электрической энергии приводятся в табл. 1.
Рис. 22. Включение вольтметра в электрическую цепь.
Вольтметр измеряет напряжение иа зажимах источника электрической энергии, а вольтметр — на зажимах потребителя
Таблица 1
Стандартные напряжения, применяющиеся в различных электротехнических установках
Напряжение в	Наименование установки, в которой применяется тайное напряжение	Источники электрической энергии
6 1 12 )	Системы электрооборудования ко-	Генераторы и акку-
24 |	лесных и гусеничных машин	муляторные батареи
55—50	Освещение	железнодорожных поездов	То же
110—127	Освещение жилых помещений	х Генераторы, редко аккумуляторные батареи
220	Питание силовых установок, фабрик и заводов. При постоянном токе иногда для освещения жилых помещений	Г еиераторы
380	Питание силовых установок фабрик и заводов	Генераторы
550—560 750—1500 14000—16000 3300—220000	Трамвай	Генераторы с выпрямительными устройствами
	Для питания ламп передающих радиостанций, устанавливаемых на колесных и гусеничных машинах	Умформеры
	Воспламенение рабочей смеси в двигателях колесных и гусеничных машин (система зажигания)	Магнето и индукционные катушки
	Линии передачи электрической энергии на большие расстояния	Геиераторы и трансформаторы
39
В свою очередь потребители электрической энергии также рассчитываются на определенное напряжение. Это напряжение указывается непосредственно на потребителе.
Совершенно условно напряжение меньше 250 в называется низким напряжением, а больше 250 в — высоким напряжением.
20.	ПАДЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
Выше было установлено, что в замкнутой цепи сила тока во всех точках одинакова и, куда бы ни включили амперметр, он везде будет давать одинаковые показания.
Совершенно иное происходит с напряжением.
Рис. 24. Схема, иллюстрирук/щая падение напряжения в замкнутой цепи: Вольтметр V’i измеряет напряжение иа зажимах источника электрической энергии Е, вольтметр —напряжение на зажимах потребителя, а вольтметры Pg и К—падение напряжения в соединительных проводах
Проделаем следующий опыт. Возьмем гальванический элемент Е (рис. 24) и присоединим к его зажимам при помощи достаточно длинных проводов электрическую лампочку Л, а непосредственно на зажимы элемента вольтметр V’i.
Вольтметр при этом покажет напряжение на зажимах элемента. Присоединив другой такой же вольтметр V2 на зажимы лампочки, мы обнаружим, что его показания будут несколько меньше показаний вольтметра Vi.
Это произойдет потому, что часть напряжения, измеряемого вольтметром Vi, будет затрачена на преодоление сопротивления в соединительных проводах, подводящих электрический ток от элемента к лампочке. Установить величину затраченного напряжения в обоих соединительных проводах нетрудно, если между точками а и с, а также b и d включить вольтметры Уз. и V4. Их показания дадут величину напряжения, затрачен-, ного в каждом соединительном проводе.
Из сказанного следует, что к потребителю (лампочке) всегда подводится не полное напряжение источника электрической энергии, а несколько меньшее.
40
Понижение напряжения в соединительных проводах пли вообще на любом участке цепи (от источника электрической энергии Д° потребителя) носит название падения напряжения (Д(7).
Необходимо отметить следующее: если сложить показания вольтметров Vs, Уз и У4, то сумма их будет равна показанию вольтметра Ут, что полностью подтверждает наши выводы о том, что напряжение на зажимах источника электрической энергии затрачивается на преодоление сопротивления, которое электрический ток встречает во внешней цепи.
Падение напряжения на любом участке цепи между источником электрической энергии и потребителем называется падением напряжения во внешней цепи.
При прохождении электрического тока внутри источника электрической энергии также происходит падение напряжения, которое называется падением напряжения во внутренней цепи. Если падение напряжения во внутренней цепи сложить с напряжением, измеренным на зажимах источника электрической энергии, мы получим его полную электродвижущую силу, т. е.
тп.
• внутр
Отсюда и следует, что при размыкании цепи, когда падения напряжения внутри источника электрической энергии и во внешней цепи не будет (тока нет), вольтметр, включенный на его зажимы, покажет величину э. д. с.
Падение напряжения зависит не только от сопротивления, которое встречает электрический ток, проходя по проводнику, но и от силы тока, который по нему проходит. Чем больше будет сопротивление рассматриваемой части проводника (цепи) и чем больше будет сила тока, проходящего по нему, тем больше будет и падение напряжения.	I
Практически явление падения напряжения во внешней цепи очень хорошо можно наблюдать на электрическом освещении небольшого провинциального города, где резко бросается в глаза, что фонари, расположенные в непосредственной близости к электрической станции, горят ярким св&рм, в то время как фонари вдали от станции горят неполным, тусклым светом. Происходит это потому, что к фонарям, расположенным в непосредственной близости к станции, подводится полное напряжение источника электрической энергии, в то время как на долю фонарей, расположенных на окраине, остается меньшая часть напряжения и они горят тускло. Это особенно заметно в том случае, когда соединительные провода имеют большую длину или неправильно рассчитаны.	'
Уменьшение накала лампочек, вызванное падением напряжения не во внепь ней, а во внутренней цепи, можно наблюдать на колесной или гусеничной машине при заводке двигателя электрическим стартером. Если до включения стартера лампочки горят нормальным накалом, то при включении стартера вследствие потребляемого им большого тока произойдет заметное падение апряжения внутри источника электрической энергии, отчего снизится напряже-не на его зажимах, а вместе с ним накал лампочек.
щ 1 ЭТ° бУ-г,'ет справедливо при условии, что вольтметр имеет очень боль-сопротивленпе и потребляет очень маленький ток.
41
Падение напряжения, где бы оно ни происходило — во внутренней или во внешней пени, снижает величину напряжения, подводимого к потребителю. Если оно значительно, то от этого уменьшается количество электрической энергии, преобразуемой потребителем в другой вид энергии (световую, механическую и т. д.), и вся система электрооборудования будет работать неполноценно.
Для того чтобы падение напряжения в проводах не превосходило определенных допустимых пределов, соединительные провода между источником электрической .энергии и потребителями (при длинных линиях) приходится определенным образом рассчитывать. Исходными величинами такого расчета являются допустимое падение напряжения и сила тока в цепи.
В свою очередь при эксплоатации уже выполненной системы, как, например, системы электрооборудования колесной или гусеничной машины, приходится наблюдать за надежным соединением проводов*во всех зажимах потребителей и вспомогательных приборов, с тем чтобы падение напряжения в них было наименьшим *.
21. ЗАКОН ОМА
Электродвижущая сила гальванического элемента или вообще любого источника электрической энергии является причиной возникновения во всей цепи электрического тока. Следова,-тельно, чем больше б^дет э. д. с. источника электрической энергии, тем больше будет и ток в цепи при той же величине сопротивления.
В свою очередь электрический ток, возникший в замкнутой цепи под действием э. д. с., встречает со стороны цепи сопротивление. Совершенно очевидно, что чем больше будет сопротивление цепи, тем меньший ток будет проходить по чей при постоянной величине э. д. с.
Таким образом, на величину тока в замкнутой цепи влияют:
1. Электродвижущая сила источника электрической энергий» с увеличением которой ток увеличивается.
2. Полное сопротивление цепи, с увеличением которого ток уменьшается.
Эта простая, как нам кажется сейчас, зависимость силы тока от э. д. с. источника электрической энергии и полного сопротивления цепи была впервые подмечена ученым Омом, который дал для нее такое определение.
Сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника электрической энергии и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.
Выраженная Омом зависимость, устанавливающая, кроме того, и математическую связь между силой тока, э. д. с. и сопротивлением, получила название закона Ома.
1 См. раздел «Выделение тепла в местах с недостаточно хорошим соедн» нением».
42
Закон Ома для всей цепи, выраженный математически, имеет
вид
где / — сила тока;
Е — э. д. с. источника электрической энергии;
R — сопротивление внешней цепи; г — сопротивление внутренней цепи;
Е-\-г — полное сопротивление цепи.
Если в этой формуле э. д. с. (Е) выразить в вольтах, а полное сопротивление цепи (7?+г) в омах, то, разделив число вольт на число омов, получим силу тока в амперах.
Пример 1. Определить силу тока в замкнутой цепи, если э. д. с. источника электрической энергии равна 2,3 в, а на его зажимы включена лампочка с сопротивлением 1,9 ом. Внутреннее сопротивление источника равно 0,1 ом.
Е
Решение. I =	- • Так как Е — 2,3 в, сопротивление внешней
цепи R= 1,9 ом, а внутренней г = 0,1 ом, то, подставляя значение в формулу, получим
Зависимость силы тока от напряжения источника электрической энергии и сопротивления внешней цепи
В практике в подавляющем большинстве случаев приходится иметь дело не с э. д. с., а с напряжением на зажимах источника электрической энергии или напряжением в сети. Поэтому формула закона Ома должна быть несколько видоизменена:
E — I (R + r) или
Е = IR + 1г.
Путем преобразования находим из последнего выражения, что
,Е — //
Так как величина 1г представляет собою внутреннее падение напряжения, то разность Е — 1г есть не что иное, как напряжение U на зажимах источника тока.
Тогда
Это и есть математическое выражение закона Ома для внешнего участка цепи. Формулируется этот закон так: сила така во
Я
Рис. 25. Зависимость тока от напряжения источника электрической энергии
внешней цепи прямо пропорциональна напряжению на зажимах источника электрической энергии и обратно пропорциональна сопротивлению внешней цепи.
Вначале остановимся на вопросе о влиянии на силу тока напряжения источника электрической энергии при условии, что сопротивление внешней цепи остается неизменным.
Возьмем источник электрической энергии с напряжением 6 в (рис. 25) и присоединим к его зажимам внешнюю цепь, состоящую из сопротивления 10 ом и амперметра Ль В цепи возникнет электрический ток определенной силы. Составим теперь вторую цепь, состоящую из амперметра А2 и того же сопротивления, но присоединим цепь так, чтобы к ней подводилось напряжение 4 в. При этом мы сразу же увидим, что ток в цепи уменьшился. Если к цепи подвести напряжение только 2 в (цепь с амперметром Лз), ток уменьшится еще больше.
Следовательно, при увеличении напряжения источника электрической энергии ток в цепи будет увеличиваться, а при уменьшении — уменьшаться, т. е. зависимость будет прямая. Иначе' говоря, во сколько раз увеличится напряжение, во столько же раз увеличится ток, и наоборот.
Подтвердим сказанное примерами.
Пример 1. Определить силу тока, который проходит в замкнутой цепи, если сопротивление внешней цепи равно 10 ом, а напряжение на зажимах источника электрической энергии, измеренное вольтметром, равно 2 в.
U	2
Решение. I =	. Так как U — 2 в, a R = 10 ом, то, / = — = 0,2 а.
Пример 2. Определить силу тока в той же замкнутой цепи, как и в преды-. дущем примере, если будет включен другой источник электрической энергии, напряжение на зажимах которого будет не 2 в, а 12 в.
IJ	12
Решение. / = — . Так как U = 12 в, a R == 10 ом, то I =	= 1,2 д.
/\	IV
Таким образом, увеличение напряжения, по сравнению с предыдущим примером, в шесть раз (12 в вместо 2 в) привело к увеличению и тока в шесть раз.
Теперь рассмотрим влияние изменяющегося сопротивления во внешней цепи на силу тока, при условии, что напряжение' на зажимах источника электрической энергии остается постоянным.
44
Предположим, что мы состоящую из источника б в, амперметра Аг и сопротивления 10 ом. В этой цепи будет проходить ток определенной силы, измеряемый амперметром Ai. Присоединив к зажимам источника электрической энергии другую цепь (на рис. 26 показана пунктиром), в которую включено сопротивление 3 ом, сразу же заметим, что ток в цепи увеличился. Если вместо сопротивления в 3 ома включить в цепь сопротивление в 2 ом (цепь, изображенная на рис. 26 пунктиром с точкой), ток возрастает еще больше.
Таким образом, при неизменном напряжении, при уменьшении сопротивления цепи ток
имеем электрпч
замкнутую еской энерги
цепь (рис., 26), и напряжением
Меняется тон
Рис. 26. Зависимость силы тока от сопротивления цепи
в ней будет увеличиваться, а при увеличении — уменьшаться.
Пример 1. Определить силу тока, который проходит в замкнутой цепи, если сопротивление ее равно 10 ом, а напряжение на зажимах источника электрической энергии равно 6 в.
Решение. I =	. Т а к как 7? = 10 ом, a U = 6 в, то / = ~ — 0,6 а.
1\	ю
Пример 2. Определить силу тока в замкнутой цепи, если сопротивление цепи будет равно 2 ом, а напряжение останется таким же, как и в предыдущем примере, т. е. 6 в.
Решение. I = ~ . Так как R = 2 ом, a U — 6 в, то 1 ~ ~ = 3 а. IX	£
Таким образом, уменьшение в пять раз сопротивления цепи, по сравнению с предыдущим примером, привело к увеличению в пять раз тока.
Определение сопротивления внешней цепи.
Кроме определения тока, проходящего в замкнутой цепи, формулой закона Ома можно пользоваться и для определения сопротивления цепи, если известны, т. е. измерены приборами, напряжение на зажимах источника электрической энергии и ток, проходящий по цепи.
В этом случае основную формулу закона Ома/=-^- преобразуют в следующую:
45
т. е. сопротивление всей внешней цепи может быть определено, если величина напряжения на зажимах источника электрической энергии будет разделена на величину проходящего по ней тока
Пример . Определить сопротивление внешней цепи, если напряжение на зажимах источника, измеренное вольтметром, равно 6 в, а амперметр, включенный в цепь, показывает ток, равный 2 а.
LJ	6
Решение. R = -j-. Так как U — 6 в, a I = 2 а, то R = -^ = 3 ом.
Следует иметь в виду, что определенное этим способом сопротивление внешней цепи будет слагаться из сопротивления потребителей и соединительных проводов от источника электрической энергии до потребителей.
В том случае, когда необходимо определить сопротивление только потребителя, напряжение следует измерять не на зажимах источника электрической энергии, а на зажимах потребителя и полученное напряжение делить на ток в цепи.
Пример 2. Определить сопротивление автомобильного электрического сигнала, если он потребляет ток 10 а при напряжении источника электрической энергии 6 в. Напряжение, измеренное на зажимах сигнала при его работе, составляет 5,8 в.
Решение. Так как в данном случае нас интересует сопротивление сигнала, а не полное сопротивление цепи, то напряжение должно быть взято не на зажимах источника, а на зажимах сигнала.
U 5.8
Так как U — 5,8 в, а I = 10 а, то R —	— 0,58 ом.
Если бы мы взяли напряжение на зажимах не сигнала, а источника электрической энергии (6 в), то нашли бы общее сопротивление внешней цепи, слагающейся из сопротивлений проводов и сигнала:
R =	= 0,6 ом.
Отсюда нетрудно определить сопротивление проводов:
0,6 — 0,58 = 0,02 ом.
Таким образом, пользуясь формулой закона Ома, можно-определять сопротивление всей внешней цепи или включенных в цепь потребителей. Для этого достаточно измерить напряжение на зажимах источника электрической энергии или на зажи;-; мах потребителя (в зависимости от того, что определяется)’ и разделить его на торс в цепи.
.	Л*
Определение падения напря же ния на любом участке цепи и сопротивления этого участка.
Основную формулу закона Ома / —можно также преобразовать в следующую
	U = I-R, '•
1 При определении полного сопротивления цепи, т. е. внешнего и внутреннего, вместо напряжения (t/) следует взять э. д. с. (Е) источника электрической энергии.
46 ,
которая означает, что величина напряжения в замкнутой цепи равна величине тока, проходящего по ценя, умноженной на величину сопротивления цепи.
Как видно из формулы, зная величины тока в цепи и ее сопротивление, можно определить напряжение на зажимах источника электрической энергии или в цепи. Для этого необходимо проходящий по цепи ток, выраженный в амперах, умножить на сопротивление цепи, выраженное в омахг.
Последняя формула имеет важное практическое значение: при помощи ее можно определять величину падения напряжения на любом участке замкнутой электрической цепи по известным величинам сопротивления участка и току, который по нему проходит.
Формула закона Ома для определения падения напряжения на любом участке замкнутой цепи пишется так:
где АП — падение напряжения, а г — сопротивление участка цепи.
Если нам известно падение напряжения на любом участке цепи, то сопротивление этого участка может быть определено по формуле
Проделаем несколько числовых примеров.
Пример 1. Определить, какое падение напряжения произойдет в соединительных проводах от аккумуляторной батареи до электрического сигнала автомобиля, если сигнал потребляет ток 10 а, а сопротивление соединительных проводов равно 0,01 ом.
Решение. Д£7 = 1г. Так как / — 10 а, а г = 0,01 ом, то
= 10-0,01 = 0,1 в,
т. е. падение напряжения в соединительных проводах будет равно 0,1 в и, следовательно, напряжение на зажимах сигнала будет на 0,1 в ниже напряжения на зажимах аккумуляторной батареи.
Пример 2. Определить, какое будет напряжение на контактах лампочки автомобиля, если она потребляет ток 2 «, а сопротивление проводов, подводящих к ней электрический ток, равно 0,2 ом. Напряжение на зажимах аккумуляторной батареи равно 6 в.
Решение. Определим сначала падение напряжения в соединительных проводах. Д£/ = 1<г. Так как 1 — 2 а, г = 0,2 ом, то
Д£7 = 2-0,2 = 0,4 в.
Так как напряжение на зажимах батареи равно 6 в, падение напряжения составляет 0,4 в, то напряжение на контактах лампочки будет
6 — 0,4 = 5,6 в.
Чаюш ^ео^хо,Д|ИМО предостеречь от такого, к сожалению, довольно часто встре-извепрГОСЯ нелепого толкования этой формулы: «Если напряжение равно прочие hr11 а тока на сопротивление, то, следовательно, увеличивая сопротивле-величины^" Увеличивать и напряжение цепи до любой необходимой нам
47,
Пример 3. Определить сопротивление верхнего провода схемы (см. рис. 24), если падение напряжения в нем, измеренное вольтметром V3, составляет 0,2 а ток в цепи равен 5 а.
Решение, г = -у- . Так как -U = 0,2 в, а / — 5 а,
то
0,2
0,04 ом.
Пример 4. Определить, какой величины сопротивление необходимо включить последовательно с четырехвольтовой лампочкой, чтобы ее можно было включить на 12-вольтовую аккумуляторную батарею. Лампочка потребляет ток 1,6 а.
Решение. Для того чтобы четырехвольтовая лампочка горела нормально, необходимо, чтобы на се контактах поддерживалось напряжение 4 в. Так как напряжение аккумуляторной батареи равно 12 в, то, следовательно, мы должны «потерять» (падение напряжения) на сопротивлении
Д{7= 12 — 4 = 8 в.
Лампочка потребляет ток I— 1,6 а; пользуясь формулой г — -j-, получим
8 г = — == о ом.
1,6
т. е. дополнительно к лампочке необходимо включить сопротивление 5 ом.
Таким образом, третий вид формулы закона Ома дает возможность не только определить падение напряжения на любом участке цепи, но и по известному падению напряжения подсчитать сопротивление этого участка.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Каково современное воззрение на природу электричества?
2.	Что называется электрическим током проводимости?
3.	Что называется электрической цепью и из каких частей она состоит?
4.	Что такое двухпроводная и однопроводная электрическая цепь?
5.	В каких единицах измеряется количество электричества?
6.	Что называется силой тока и в каких единицах она измеряется?
7.	Как включается в электрическую цепь амперметр?
8.	Что называется электрическим полем?
9.	Что называется потенциалом электрического поля?
10,	В каких единицах измеряется электрическая емкость проводника?
П. От чего зависит емкость проводника?
12.	Что называется электродвижущей силой и в каких единицах она измеряется?
13.	Что называется напряжением и в каких единицах оно. измеряется?
14.	Чем отличается напряжение от электродвижущей силы?
15.	Что такое падение напряжения и от чего оно зависит?
16.	Как определить падение напряжения на любом участке цени?
17.	Что называется сопротивлением и в каких единицах оно измеряется?
18.	Какую зависимость между током, напряжением и сопротивленией: устанавливает закон Ома?
19.	Как определить сопротивление любого участка цепи и что для этогря нужно знать?
Глава II
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЖИДКОСТЯХ И ГАЗАХ
1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ТОК В ЖИДКОСТЯХ (ЭЛЕКТРОЛИТАХ).
ПОНЯТИЕ О ГАЛЬВАНОСТЕГИИ
Если замкнутую электрическую цепь, составленную из металлических проводников, где-либо прервать и разъединенные концы опустить в сосуд с водой, в которой содержится какая-либо соль, щелочь или кислота, то движение тока в цепи вновь восстановится.
Дестиллированная (химически чистая) вода электрический ток не проводит. Но стоит .^только к дестиллированной воде добавить какой-либо соли, щелочи или кислоты, как раствор становится проводником электрического тока. Обычная водопроводная или речная вода также является проводником электрического тока, так как в ней всегда растворено известное количество различных солей.
Растворы солей, кислот и щелочей в воде носят название электролитов. Согласно существующей теории, которая объясняет способность электролитов проводить электрический ток, каждая молекула растворенного в воде вещества может распадаться на две части, заряженные разноименными зарядами, одинаковыми по величине. При этом, пока молекулах не распалась на части, она в электрическом отношении нейтрал ьна. Если растворить в воде, например, медный купорос, то это вызовет в нем ослабление внутримолекулярных связей, и каждая молекула медного купороса распадется на две части, называемые ионами. Это распадение молекул называется диссоциацией.
Так, например, молекула медного купороса (CuSO4) в результате диссоциации дает ион меди (Си++), имеющий положительный заряд (недостаток электронов), и ион кислотного остатка (SO4 ~)f имеющий отрицательный заряд (избыток элеЖ тронов за счет удержания части электронов, принадлежащей; меди); т. е. CuSO4 распадется на ионы Си++ и SO4 .	1 •
э «смотря на то что все ионы раствора являются носителям^ ктрических зарядов, раствор в целом остается нейтральным.
4-569	ло
Объясняется это тем, что электрическое поле каждого положительного иона нейтрализуется электрическим полем отрицательного иона. Ионы раствора движутся беспорядочно (хаотично).
Если в такую диссоциированную жидкость,- заключенную в сосуд, опустим две металлические пластинки (электроды) и соединим их с зажимами источника электрической энергии, то в растворе между электродами образуется электрическое поле. Это поле направлено от положительного электрода (анода) к отрицательному (к катоду). Под действием электрического поля положительные ионы устремятся к катоду, а отрицательные — к аноду, т. е. начнется упорядоченное встречное движение положительных и отрицательных ионов раствора. Такое движение ионов называется ионным электрическим током (в отличие от тока проводимости в проводниках и тока смещения в диэлектриках).
Ионный электрический ток сопровождается электрическим и магнитным полями так же, как и ток в проводниках.
Рис. 27. Схема прохождения электрического тока через электролит
Если электролитом будет раствор медного купороса (CuSCU), то ион меди (Си++) направится к отрицательному электроду, а ион кислотного остатка (SO4 ) к положительному.
Положительный заряд иона указывает на то, что в нем недостает электронов. Когда такой ион достигнет отрицательного электрода, он получит недостающие электроны и тотчас же превратится в нейтральный атом. То же произойдет и с ионом, имеющим отрицательный заряд, т. е. избыток электронов. Достигнув положительного электрода, такой ион отдаст излишние электроны и также превратится в нейтральный атом или молекулу.
Отсюда вытекает принципиальное различие между движением электрического тока в металлических проводниках и в электролитах. Если в металлических проводниках перемещаются свободные электроны, то в электролитах перемещаются ионы — части молекул растворенного в воде вещества, несущие на себе электрические заряды. Электрический ток в электролите 50
лпровождзется химическими процессами. В силу этого элек-СоОлиты называют иногда проводниками второго рода. Процеср разложения электролита под действием электрического тока называют электролизом.
Что же происходит с ионами, отдавшими свой заряд и ставшими нейтральными атомами или молекулами?
В одном случае атомы оседают на электродах, как, например, атомы всех металлов, давая постепенное увеличение в весе электрода, или, если они газообразны (кислород, водород, азот), выделяются из электролита.
В другом случае атомы вступают во вторичную реакцию с металлом электрода, давая новые продукты, переходящие в электролит и снова диссоциирующие.
Следует помнить, что все металлы и водород всегда выделяются на электроде, соединенном с отрицательным полюсом источника электрической энергии (на катоде).
Способностью электрического тока при электролизе осаждать на отрицательном электроде металл, входивший до этого в состав соли, растворенной в электролите, широко пользуются в технике для покрытия одного металла другим с целью придать красивый внешний вид (никелирование), защитить от коррозии (кадмирование) или повысить твердость (хромирование). Электролитическое покрытие одного металла другим называется гальваностегией.
Изучению электролиза много внимания уделил русский ученый академик Борис Семенович Якоби. Его работы положили начало техническому применению электролиза как для получе* ния точных металлических копий различных изображений (гальванопластика), так и для покрытия одного металла другим (гальваностегия).
Если в ванну с раствором медного купороса (CuSO4) опустить, например, две свинцовые пластинки и соединить их с полюсами источника электрической энергии, то медь (Си) будет оседать на отрицательном электроде, покрывая его постепенно тонкой пленкой химически чистой меди. Что же касается кислотного остатка (SO4), то он, вступив у положительного электрода во вторичную реакцию с водой (Н2О), даст серную кислоту (H2SO4), которая перейдет в электролит.
Так как при таком способе покрытия одного металла другим неизбежно быстрое уменьшение количества металла в электролите, необходимо позаботиться о его пополнении. С этой Целью положительный электрод всегда делается из того же металла, которым производится покрытие. В нашем примере оложительный электрод должен быть медным, и тогда кислот-й остаток (SO4), вступая во вторичную реакцию с медью notion ительногР электрода, будет давать медный купорос (CuSO4), в °ЛНяюЩий его убыль из электролита. Вполне понятно, что и по°М	положительный электрод уменьшается в вёсе
израсходовании должен быть заменен новым.
4*
51
Сопротивление электролитов прохождению электрического тока больше сопротивления металлических проводников, так как образование большого количества ионов в электролите затруднено, да и подвижность ионов очень незначительна: всего несколько десятых долей миллиметра в секунду.
Чем больше расстояние между электродами, тем сопротивление электролита, находящегося между ними, будет
Борис Семенович Якоби (1801-1874)
больше. Сдвигая электроды, мы будем сопротивление уменьшать. Уменьшению сопротивления способствует также и увеличение поверхности электродов, погруженных в электролит.
Увеличение концентрации электролита, т. е. увеличение количества вещества, растворенного в воде, вызывает уменьшение сопро-^ тивления. Правда, это происходит до определенного предела, после которого сопротивление вновь начнет увеличиваться. Поэтому в тех случаях, когда необходимо иметь сопротивление какого-^ либо прибора с. электролитом минимальным, как, например,’ внутреннее сопротивление в стартерных аккумуляторных бата-^ реях, электроды располагают возможно ближе один к другому, а удельный вес электролита берут соответствующий минималь-.. ному сопротивлению.
52
2 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ГАЗАХ. ПОНЯТИЕ О ЗАЖИГАНИИ РАБОЧЕЙ смеси в двигателях внутреннего сгорания
Всякий газ, в том числе и воздух, принято считать непроводником электрического тока, т. е. изолятором. Однако это остается справедливым только до тех пор, пока в газовой среде не будут созданы условия, благоприятные для возникновения электрического тока.
Установлено, что причина электропроводности газа заключается в том, что в газах, так же как и в жидкостях, под влиянием различных причин образуются ионы. В частности, в воздухе под действием солнечного света незначительная часть электрически нейтральных молекул может терять свои электроны, превращаясь в положительные ионы. В свою очередь, электрон, ставший свободным, может присоединиться к другой нейтральной молекуле, образуя отрицательный ион, или продолжать оставаться свободным, или, наконец, может соединиться с положительным ионом, давая нейтральную молекулу газа.
Практически подобный процесс образования ионов — ионизация — и обратный процесс образования из ионов молекул совершаются в воздухе или другом газе непрерывно.
В воздухе, находящемся в нормальном состоянии, число ионов и свободных электронов ничтожно мало, и они не в состоянии обеспечить прохождения электрического тока между двумя разомкнутыми проводами, соединенными с источником электрической энергии. В этом случае воздух может считаться непроводником.
Для того чтобы сделать слой воздуха электропроводным, необходимо каким-то искусственным путем увеличить в нем число hohqb и свободных электронов. Достигается это подведением высокого напряжения к электродам, воздушный промежуток между которыми хотят сделать электропроводным.
На рис. 28 схематически показаны два электрода А и Б, к которым от какого-то источника электрической энергии поделено высокое напряжение. При этом свободные электроны, всегда находящиеся в воздухе в небольшом количестве, устремляются совместно с отрицательными ионами к положительному -ктроду, 3 положительнь1е ионы к отрицательному элек-
Сила, с которой электрическое поле воздействует на ионы электроны, находящиеся между электродами, а следовательно,
Рис. 28. Схема прохождения электрического тока через воздух
53
и их скорость пропорциональны приложенному напряжению
Благодаря огромной скорости, приобретенной под действием электрического поля, ионы и электроны, сталкиваясь с нейтральными молекулами газа, расщепляют их. При этом создаются новые ионы и электроны, которые также устремляются к электродам, в свою очередь расщепляя по пути другие нейтральные молекулы, отчего количество ионов чрезвычайно быстро увеличивается.
Отсюда следует, что образование большого количества ионов и электронов, а вместе с ним и увеличение электропроводности слоя воздуха между электродами возможно только при значительном напряжении. При достаточно большом напряжении воздушный промежуток между электродами может оказаться настолько сильно ионизированным, что электрический ток, возрастающий по мере ионизации, достигнет определенной величины, при которой наступит явление, называемое искровым разрядом или пробоем воздушного слоя.
Всякий искровой разряд вследствие ударного действия ионов и электронов сопровождается выделением тепла и свечением. Кроме того, проскочившая между электродами искра способствует еще большей ионизации искрового промежутка, отчего сопротивление его еще больше уменьшается. Если напряжение на электродах поддерживать непрерывно, электроды могут настолько сильно нагреться, что начнется испарение металла и при достаточной мощности источника электрической энергии искра может перейти в. электрическую дугу, сопровождающуюся переносом частичек металла с отрицательного электрода на положительный.
Явление электрической дуги и ее световое и тепловое действие были впервые открыты в 1802 году русским физиком Василием Владимировичем Петровым. Явление свечения было им обнаружено между угольными электродами, по которым проходил электрический ток. Исследуя электрическую дугу, В. В. Петров обнаружил возможность применения ее для освещения, а высокую температуру, развивающуюся в дуге, — для расплавления и сварки металлов. В современной технике мощного освещения (дуговые лампы), в электрометаллургии, электросварке используется это гениальное открытие В. В. Петрова.
Способность высокого напряжения вызывать искру в воздушном промежутке между двумя электродами используется для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах карбюраторных двигателей. С этой целью высокое напряжение, получаемое при помощи магнето или индукционной катушки, подводится к специальному прибору — запальной свече, ввинчиваемой в головку цилиндра двигателя.
1 Точнее — скорость движения электронов пропорциональна квадратному корню из величины напряжения.
54
Основной частью свечи (рис. 29) является корпус 1, внутри которого помещен так называемый центральный электрод 2, отделенный от корпуса фарфоровым и Боковые электроды 4 впрессованы тованной частью свеча ввинчивается в головку цилиндра двигателя с таким расчетом, чтобы концы электродов находились в камере сжатия. Если к зажиму на центральном электроде и к корпусу свечи подвести высокое напряжение, то воздушный промежуток между электродами свечи будет пробит искрой, которая воспламенит рабочую смесь.
Напряжение, необходимое для пробивания искрового промежутка между электродами свечи, зависит от расстояния между электродами, давления газа в камере сжатия цилиндра двигателя и температуры, до которой нагрет газ.
При увеличении расстояния между электродами свечи напряжение, необходимое для его пробивания, как это видно из табл. 2, возрастает.
Точно так же с увеличением давления в камере сжатия цилиндра двигателя напряжение, необходимое для пробивания при неизменном искровом промежутке, увеличивается (табл. 3). *
и слюдяным изолятором 3. в корпус. Своей навин-
Рйс. 29. Запальные свечи:
1 — корпус свечи; 2 — центральный электрод; 3 — фарфоровый или слюдяной изолятор; 4 — боковые электроды; 5 — зажим для присоединения провода
Таблица 2
Таблица 3
Напряжение, необходимое для пробивания искрового промежутка при атмосферном давлении
Расстояние между электродами, МЛ1	Напряжение, необходимое для пробивания, в
0,5	5000
3,0	6000
6,0	10030
8,0	13000
10,0	16000
Напряжение, необходимое для пробивания постоянного искрового промежутка в 0,5 мм при различных давлениях
Давление, ат	Напряжение, необходимое для пробивания, в
1	5000
2	8000
4	9000
6	11000
8	13000
И, наконец, при повышении температуры в камере сжатия апряжение для пробивания того же промежутка (0,5 мм) по-ребуется меньшее (табл. 4).
55
Таблица 4 Кроме того, за-
Напряжение, необходимое для пробивания постоянного искрового промежутка в 0,5 мм при постоянном давлении 2 ат, по различной температуре
Температура рабочей смеси 0 С	Напряжение, необходимое для пробивания, в
20	8000
150	6000
350	4000
500	3000
грязнение изолятора свечи продуктами сгорания затрудняет искрообр азова-ние, поэтому подводимое напряжение приходится увеличивать.
Учитывая сказанное выше, установили, что для бесперебойной работы систе-
мы зажигания карбюраторных двигателей при принятом искровом промежутке между электродами свечи 0,4—0,7 мм необходимо подводить к свече напряжение порядка 14 000—18 000 в.
В разреженном газе, давление которого меньше атмосферного, условия прохождения электрического тока болеё благоприятны. Разреженный газ оказывает меньшее сопротивление электрическому току вследствие большей подвижности ионов и свободных электронов, образовавшихся при ионизации. В этом случае для образования искры необходимо к электродам подвести меньшее напряжение, чем при атмосферном давлении. При этом характерно, что, пока давление газа меньше атмосферного, но близко к нему, прохождение электрического тока через газ проявляется внешне в виде искры (разряд, естественно, приходится наблюдать в стеклянной, герметически закрытой трубке, в которую впаяны электроды).
Если давление газа в трубке уменьшать, искровой разряд перейдет постепенно в свечение газа. При давлении газа около 1 : 40 000 ат свечение начинает уменьшаться и при большем разрежении становится невидимым для глаза. Цвет свече-
ния и его интенсивность зависят от газа, степени его разрежения и качества стекла, из которого изготовлена трубка.
Практически свечение газа, главным образом неона, используется для целей телевидения, рекламы, сигнализации и т. д.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое электрическая диссоциация?
„ 2. Какая разница между прохождением электрического тока по металлическим проводникам и электролиту?
3.	Что называется гальваностегией и в чем заключается ее сущность?
4.	В каких случаях газы могут являться проводниками электрического тока?
5.	Что такое искровой разряд и где он используется?
6.	Что такое электрическая дуга?
Глава III
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
1.	ЗАВИСИМОСТЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ РАЗМЕРОВ И МАТЕРИАЛА ПРОВОДНИКА
Сопротивление любого проводника электрическому току зависит от геометрических размеров проводника и материала, из которого он сделан. Чем длиннее проводник, тем больше он препятствует электрическому току, т. е. тем больше его сопротивление. Следовательно, сопротивление проводника зависит от длины (/) проводника.
Сопротивление проводника зависит также от площади поперечного сечения (q) его. Чем больше площадь поперечного сечения проводника, тем меньшее противодействие он будет оказывать электрическому току и тем меньше будет его сопротивление.
Кроме длины и площади поперечного сечения, на величину сопротивления проводника влияет материал, из которого сделан проводник. Металлы, как, например, серебро, медь и алюминий, хорошо проводят электрический ток; другие металлы, например железо, свинец, проводят электрический ток значительно хуже. Еще хуже проводят электрический ток уголь и электролиты. С точки зрения электронной теории различная способность материалов проводить электрический ток объясняется различными силами связей электронов со своими ядрами. В тех материалах, в которых атомы легче отдают свои электроны, сопротивление электрическому току будет оказываться меньше. Там же, где связь электрона с ядром сильнее, сопротивление будет больше.
Для того чтобы удобнее было сравнивать между собой проводники, изготовленные из различных материалов, в электротехнике введено понятие о так называемом удельном со-нротивлении (?).
Удельным сопротивлением называется сопротивление одного Метра проводника, изготовленного из данного материала, с по-
перечным сечением в один квадратный миллиметр при температуре 20° С.
В табл. 5 приведены данные о величине удельного сопротивления для материалов, наиболее часто применяемых в электротехнике.
Таблица &
Удельное сопротивление материалов, применяемых в электротехнике
Наименование материсла	Удельное сопротивление о .ч • мм* м	Наименование материала	Удельное сопротивление ом • мм* м
• Серебро 		0,016	Олово		0,14
Медь проводниковая	0,0178*	Сталь 		0,21
Золото 		0,022	Свинец 		0,23
Алюминий		0,028	Никелин (сплав:	
		никель, кремний, же-	
Молибден		0,044	лезо, марганец) . . .	0,403
Вольфрам		0,056	Манганин (сплав:	
		марганец, медь, ни-	
Цинк		0,058	кель) 		0,431 2
Никель		0,069	Константан (сплав:	
		медь, никель, марганец)	0,492
Латунь		0,077		
		Нихром (сплав:	
Платина		0,091	железо, никель, хром)	• 1,052
Железо		0,12	У голь		7,252
Из приведенной таблицы видно, что наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро, а потому сделанные из нега провода будут лучше других металлов проводить электрический ток. Но серебро, как дорого стоящий металл, для изготовления проводов не применяется.
Наибольшее применение для изготовления проводов находит так называемая проводниковая медь, содержащая 97% химически чистой меди и до 3% различных примесей. Проводниковая медь очень мало уступает серебру по проводимости. В качестве материала для проводов применяется также и алюминий
Сплавы различных металлов обладают значительно боль шим удельным сопротивлением, чем чистые металлы. Благодаря
1 Для меди удельное сопротивление принималось раньше 0,0175, так как определение его производилось при 15е С.
2 Для угля и сплавов приведены средние величины удельных сопротивле ний, так как в зависимости от сорта угля- и процентного содержания любого металла в сплаве они могут отклоняться от приведенных в таблице величий-
58
своему большому удельному сопротивлению сплавы: никелин, манганин, константан и нихром используются при изготовлении проводов с большим сопротивлением, применяемых в реостатах п нагревательных приборах. Эти сплавы называют реостатными сплавами.
Таким образом, сопротивление электрическому току любого проводника зависит от длины проводника, площади поперечного сечения и удельного сопротивления. При этом с увеличением длины проводника сопротивление его будет увеличиваться, а с увеличением площади поперечного сечения — уменьшаться.
Сопротивление любого проводника прямо пропорционально его длине (Z) и обратно пропорционально площади поперечного сечения (q).
Зная удельное сопротивление, можно определить полное сопротивление проводника по следующей формуле:
При пользовании этой формулой необходимо помнить, что длина проводника должна быть обязательно выражена в метрах, а площадь поперечного сечения в квадратных миллиметрах.
Для определения сопротивления различных проводников проделаем несколько числовых примеров.
Пример 1. Определить сопротивление медной проволоки длиной 2000 м и поперечным сечением 2 мм2.
Решение. R=~-. Так как I — 2000 м, q=2 мм2, а удельное сопротивле-
. _	ом-мм2
ние, определенное из табл. 5, равно для меди р =0,0178 ——,
_	0,0178.2000
R = ----------= 17,8 ом.
Пример 2. Определить сопротивление обмотки электромагнита, если она сделана из медной проволоки длиной 0,6 км и диаметром 2 мм.
Решение. Прежде всего необходимо длину провода обмотки выразить в метрах, т. е. I = 0,6 км = 600 м. Затем определяем площадь поперечного сечения проводника по данному диаметру.
3,14.22	_1?1
q = — = —— = 3,14 мм*.
Далее определяем сопро.'^ление обмотки электромагнита:
п 0,0178-600
R = ------5-77-- = 3,4 ОМ.
3,14
Пример 3. Определить сопротивление железной проволоки длиной 500 м и поперечным сечением 0,5 мм2.	<
Решение. Так как для железа удельное сопротивление равно р — _ п ом-мм2 , —	----1 = 500 м и q = 0,5 леи2, то
D 0,12-500	1Q.
R = -Нчтг- = 120 ом.
V,0	4	'
59
Вышеприведенной формулой можно пользоваться и для определения длины проводника, его сечения, а также и материала, Из.которого он сделан. При этом другие данные формулы должны быть известны.
Пример 4. Определить длину обмотки электромагнита автомобильного сигнала, если сопротивление ее 1 ом, проволока медная и сечение ее составляет 0,5 лен2.
Решение. Неизвестным в данном примере является длина. Преобразуя формулу для определения сопротивления, имеем
р
Так как сопротивление обмотки сигнала R = 1 ом, удельное сопротивление для меди р = 0,0178 0М ММ , а сечение провода <7 = 0,5 льи2, то, подставляя эти значения в написанную формулу, получим
,	Ь0’5 _OQ1
1 ~ 0,0178 “ 28,1 М’
Пример 5. Определить сечение проволоки, намотанной на катушку, если известно, что длина ее равна 1000 м, проволока алюминиевая, а сопротивление составляет 56 ом.
Решение. Неизвестным в данном примере является сечение проволоки. Из формулы для сопротивления получим
р/
q=-R'
Так как сопротивление проволоки R — 56 ом, I — 1000 , еч л то ОМ-ММ2 тивление для алюминия (табл. 5) р = 0,028----——, то,
чения в формулу, получим
п 0,028-1000 л_
R = ——--------= 0,5 мм2.
00
м, а удельное сопро-подставляя эти зна-
Пример 6. Определить, из какого материала сделана проволока дополнительного сопротивления, если длина проволоки составляет 10 м, сечение 0,3 мм2, а сопротивление 35 ом.
Решение. Материал провода характеризуется его удельным сопротивлением, которое определяется по формуле
Р- / •
Подставляя в формулы известные величины R — 35 ом, q = 0,3 мм? и I= 10 м, получим 35-0,3	, ом-мм2
р = —77Г“ = 1 >0э------ •
г 10	м
По табл. 5 устанавливаем, что таким удельным сопротивлением обладает нихром.
2.	ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ
Чем больше сопротивление того или иного проводника, тем хуже проводник проводит электрический ток, и наоборот: чем меньше его сопротивление, тем он
60
лучше проводит электрический ток. Поэтому вместо сопротивления проводника можно рассматривать величину, обратную сопротивлению, называемую электрической проводимостью (G).
Проводимость как величина, обратная сопротивлению, равна В системе единиц МКСА проводимость измеряется в J-. Эта единица особого названия не имеет. ом
3.	ЗАВИСИМОСТЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ
Рассматривая причины, влияющие на величину сопротивления проводника, мы не принимали во внимание изменения его температуры, считая последнюю равной 20° С. Как показывают многочисленные опыты, сопротивление того или иного проводника зависит также и от температуры. Установлено, что при увеличении температуры сопротивление большинства проводников увеличивается, а при уменьшении температуры уменьшается. Это объясняется тем, что в нагретом проводнике вследствие увеличения скорости движения атомов электроны электрического тока чаще сталкиваются с атомами и отклоняются от своего первоначального направления, что в конечном счете приводит к увеличению сопротивления.
Так как для разных материалов увеличение сопротивления от нагревания различно, то и для характеристики их в отношении изменения сопротивления от нагревания установлен так называемый температурный коэфициент сопротивления (а).
Температурным коэфицйентом сопротивления называется величина, на которую изменяется сопротивление проводника из данного материала, равное одному ому, при изменении его температуры на 1° С.
Практически температурный коэфициент сопротивления ’ определяется следующим образом.
Берется проводник сопротивлением точно в i ом, изготовленный из материала, температурный коэфициент сопротивления которого определяется; при этом длина и сечение проводника могут быть произвольны. Затем проводник нагревают на 1° и измеряют сопротивление. Разница в сопротивлении до нагрева и после него даст величину прироста сопротивления для данного материала. Эта величина и называется температурным коэ-фициентом сопротивления1.
Температурные коэфициенты сопротивления для различных металлов приводятся в табл. 6.
Сопротивление всех металлов с увеличением температуры увеличивается, ©противление угля, графита и жидких растворов (электролитов) с увеличе-ием температуры, наоборот, понижается.
61
Таблица 6
Температурные коэфициенты сопротивления различных материалов
Наименование материала	Температурный коэфициент	Наименование материала	Температурный коэфициент
Серебро 		0,0037	Платина		0,0034
Медь проводниковая	0,0040	Никель		0,0062
Алюминий ....	0,0043	Железо		0,0024
Цинк		0,0037	Олово		0,0037
Сталь . 		0,0024	Манганин		0,0003
Свинец 		0,0038	Константан 		0,00001
Никелин 		0,003	Нихром		0,0004
Для определения сопротивления любого проводника, нагретого до любой температуры, пользуются следующей формулой:
(^2--
В этой формуле Rz — сопротивление проводника в. нагретом состоянии; Ri — начальное сопротивление проводника при начальной температуре проводника; а — температурный коэфициент сопротивления; ti и t2,— начальная и конечная температуры проводника.
Для ознакомления с тем, насколько практически изменение температуры проводника влияет на величину его сопротивления, решим несколько примеров.
Пример 1. Определить сопротивление медного проводника при температуре 70°, если при температуре 20° он имел сопротивление 25 ом.
Решение. Сопротивление нагретого проводника определяется по формуле
Rs = R} aRi (t2—G)-
Из условий нашего примера Ri = 25 ом, t2 — 70°, t\ — 20° и температурный коэфициент сопротивления для меди (из табл. 6) а — 0,0040. Подставляя значения в формулу, получим
Т?2 = 25 + 0,0040-25(70 — 20) = 25 + 0,0040-25-50 = 30 ом, т. е. проводник увеличил свое сопротивление на 5 ом.
Пример 2. Определить сопротивление обмотки электромагнитного выключателя стартера, выполненной из медной проволоки, которая в процессе работы нагрелась до температуры 75°, если при 20° она имела сопротивление 12 ом.
Решение. R2 = R\ + ^R\ (t2— t\). Так как 2= 0,0040, Pi = 12 ом, t2 = 75° и t\ = 20°, то
Rz = 12 -J- 0,0040 • 12 (75—20) = 14,64 ом, т. е. сопротивление обмотки электромагнитного выключателя в результате нагревания увеличилось на 2,64 ом.
Изменение сопротивления проводника (обмотки прибора) при нагревании нежелательно, так как при всяком изменении сопротивления изменяется и сила тока, проходящего по проводнику (обмотке), что отражается на работе прибора.
62
Поэтому' обмотки многих электромагнитных приборов, как, например, реле обратного тока, регуляторов напряжения и др., Оабота которых должна быть чрезвычайно точной, выполняются из константановой проволоки, или комбинированными — из медной и константановой проволоки. Константан обладает очень небольшим температурным коэфициентом сопротивления (а = ^0,00001). Следовательно, изменение величины сопротивления при нагревании обмотки из константановой проволоки незначительно, и оно практически не повлияет на работу прибора при изменении температуры.
4.	РЕОСТАТЫ
Реостатом называется прибор, обладающий сопротивлением, величину которого можно изменять.
Будучи включенным в цепь, реостат дает возможность изменять (регулировать) величину тока в цепи.
Рис. 30. Проволочный рычажной реостат (внешний вид и схема):
1 — корпус реостата; 2 — мраморная или шиферная панель; 3 — контакты;
4 — рычаг; 5 — проволочные спирали; 6—зажимы
стТт РаспР0СТРанение полУчили проволочные и угольные рео-Простейший тип проволочного реостата, получив-его название рычажного, показан на рис. 30. Реостат стоит из металлического корпуса 1, на котором внизу укреп
63
лена мраморная или шиферная панель 2 с контактами 3 и подвижным рычагом 4. В пространстве между верхней полкой каркаса и панелью 2 на изоляторах помещены проволочные спирали 5, изготовленные из сплава, обладающего большим удельным сопротивлением (никелин, константан и т. д.). Для включения в электрическую цепь реостат снабжен двумя зажимами 6.
Если подвижной рычаг реостата поставить на крайний правый контакт, то в цепь будут введены все спирали, т. е. все сопротивление реостата. При поворачивании рычага реостата влево, последовательно с одного контакта на другой, из цепи будут выключаться отдельные спирали, благодаря чему сопротивление реостата будет уменьшаться. Если же рычаг реостата
Рис. 31. Ползунковый реостат:
1 — фарфоровый цилиндр; 2 и 3 — зажимы; 4 — стержень; 5 — ползунок; G — контактная пружина; 7 — зажим стержня
поставить на крайний левый контакт, то все спирали реостата будут выключены, и сопротивление будет равно нулю. Таким образом, изменяя положение рычага, можно изменять сопротивление реостата в пределах от нуля до наибольшей величины.
Неудобство реостата описанной конструкции заключается в том, что сопротивление его изменяется скачками.
В тех случаях, когда необходимо плавное изменение сопротивления, предпочитают пользоваться ползунковым реостатом.
Ползунковый реостат (рис. 31) состоит из фарфорового цилиндра /, на котором ровными витками с небольшим зазором между ними намотана проволока из реостатного сплава. Витки могут быть намотаны и вплотную один к другому. В этом случае проволока предварительно покрывается тонким слоем окисла металла, который предохраняет витки от непосред-, ственного соединения. Начало и конец намотанной проволоки присоединены к двум зажимам 2 и 3. Иногда вместо фарфорового цилиндра применяют брусок квадратного сечения из шифера.
Вверху реостата, на металлическом стержне 4, помещен ползунок 5 с ручкой и двумя пластинчатыми контактными пружинами 6, прилегающими к проволоке, намотанной на фарфоровом цилиндре. Металлический стержень 4 снабжен зажимом 7.
64
7
. Рис. 32. Схема ползункового реостата:
А — положение ползунка, при котором включена половина сопротивления реостата; Б — положение ползунка, при котором включено все сопротивление реостата
Как видно из электрической схемы (рис. 32), для включения реостата необходимо один провод цепи присоединить к зажиму 2, а второй к зажиму 7, находящемуся на стержне 4 реостата. Величина сопротивления, введенного реостатом в цепь, будет зависеть от положения ползунка 5 относительно проволоки на фарфоровом цилиндре. Так, если ползунок поставить посередине (положение А), в цепь будет введена примерно половина сопротивления реостата и ток по нему будет проходить в следующем направлении: зажим 2, левая часть провода реостата, ползунок 5, стержень 4, зажим 7 и с него дальше в цепь. Если же пол
зунок поставить в крайнее правое положение (положение Б), то в цепь будет введено все сопротивление реостата. И, наконец, если ползунок поставить в крайнее левое положение, сопротивление реостата будет полностью выведено из цепи.
Для правильного выбора реостата на нем указывается общее сопротивление и наибольший допустимый ток, который может быть пропущен через реостат..
Включая реостат в цепь, всегда необходимо убедиться, не будет ли превышать ток, проходящий по цепи, тот допустимый ток, на который рассчитан реостат. В противном случае реостат может перегореть.
Угольный реостат отличается от проволочного тем, что в нем вместо проволоки из реостатного сплава используются угольные диски (шайбы), собранные в виде столбика. Если такой столбик сжимать, угольные шайбы будут плотнее прилегать одна к другой, и сопротивление реостата будет уменьшаться. Наоборот, при уменьшении давления на столбик сопротивление реостата будет увеличиваться.
Угольные реостаты применяются в некоторых типах регуляторов напряжения, а также для регулирования числа оборотов электромоторов, вращающих башни танков.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Что называется электрическим сопротивлением?	'
В каких единицах измеряется сопротивление?
От чего зависит сопротивление проводника?
Что такое температурный коэфициент сопротивления?
Что называется реостатом и для чего он служит?
Назовите типы реостатов.
Какие преимущества имеет ползунковый реостат перед рычажныдо?
Глава IV
СОЕДИНЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
1.	СПОСОБЫ СОЕДИНЕНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
При прохождении через любой потребитель электрический ток встречает сопротивление. Таким образом, любой потребитель, включенный в электрическую цепь, можно рассматривать как сопротивление, которое приходится преодолевать электрическому току. Это обстоятельство дает возможность при рассмотрении способов соединения потребителей оперировать их сопротивлениями.
Потребители (сопротивления) могут соединяться в электрической цепи тремя способами: последовательно, параллельно и смешанно.
2.	ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Последовательным соединением потребителей называется такое соединение, при котором конец первого потребителя соединяется с началом второго, конец второго потребителя с началом третьего и т. д.
Примером последовательного соединения может служить изображенное на рис. 33 соединение трех электрических лампочек. Это соединение лампочек может быть показано схематически в виде трех последовательно соединенных сопротивлений rlf ft и г3. Нетрудно притти к заключению, что электрическому току при последовательном соединении необходимо поочередно проходить через каждый потребитель. Вследствие этого общее сопротивление всех потребителей будет слагаться из сопротивлений каждого из них, т. е. будет равно их сумме.
Таким образом, при последовательном соединении потребителей их общее сопротивление равно сумме сопротивлений отдельных потребителей.
66
Обозначая общее сопротивление через R, сопротивления отдельных потребителей через ru г2, г3 и т. д., указанную выше зависимость можно выразить следующей формулой:
Я = /1 + '2 + Л»-Ь.. + гя.
Рис. 33. Последовательное соединение трех электрических лампочек и изображение этого' соединения на принципиальной электрической схеме
В частном случае при последовательном соединении потребителей с одинаковым сопротивлением общее сопротивление будет равно сопротивлению одного потребителя, умноженному на число последовательно соединенных потребителей:
R—rn,
где г — сопротивление одного потребителя;
п — число потребителей.
Пример 1. Последовательно с лампочкой, сопротивление которой 3 ом, включены две, также последовательно соединенные лампочки с сопротивлением по 2 ом каждая. Определить общее сопротивление цепи.
Решение. Общее сопротивление определяем по формуле
/? = И + г2 + /’з;
так как и — 3 ом, г2 = 2 ом и гз = 2 ом, то, подставляя значения в формулу, получим
R = 3 + 2 -|- 2 = 7 ом.
5*
67
' Последовательное'соединение потребителей обладает рядом ^недостатков. Основной из них заключается в том, что с увели,, чением числа последовательно включенных потребителей - необходимо увеличивать и напряжение источника электрической энергии.
Рассмотрим этот случай на примере с лампочками. Для одной лампочки, рассчитанной на напряжение 12 в, необходимо, чтобы источник электрической энергии имел напряжение также 12 в, так как только в этом случае через лампочку будет проходит^ необходимой силы ток и она будет гореть нормально. Если на зажимы этого же источника включить не одну, а две лампочки, соединенные последовательно, то сопротивление цепи возрастет в два раза и соответственно в два раза уменьшится и сила тока. Поэтому через каждую лампочку будет проходить ток в два раза меньше нормального и каждая лампочка будет гореть тускло. Во избежание этого необходимо будет взять источник
Рис. 34. Часть полной схемы электрооборудования танка
электрической' энергии с напряжением в два раза большим, чем’ для одной лампочки. Соответственно при трех последовательно соединенных лампочках (потребителях) напряжение источника должно быть в три раза больше, чем то, на которое рассчитана каждая лампочка (потребитель).
- Второй недостаток последовательного соединения потребителей заключается в том, что при выходе из строя любого потребителя (например при перегорании лампочки) или при выключении его цепь размыкается и действие остальных потребителей также прекращается.
Практически в существующих схемах электрооборудования (рис. 34) последовательное соединение потребителей не применяется. Потребители соединяются последовательно лишь
с различными- вспомогательными приборами, не являющимися потребителями. Так, например, последовательно с лампочкой может быть включен выключатель, предохранитель, а в некоторых случаях и реостат для регулирования накала лампочки. Последовательно с первичной обмоткой индукционной катушки, являющейся потребителем, включается механический прерыватель для размыкания цепи в требуемый момент. Обмотки некоторых приборов, как> например, регуляторов напряжения, могут соединяться последовательно как между собой, так и с обмотками генератора и т. д.
3.	ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Параллельным соединением потребителей называется такое соединение, при . котором начала всех потребителей присоединяются к одному проводу (полюсу) источника электрической энергии или сети, а концы к другому.
Рис. 35. Параллельное соединение трех электрических лампочек . . и изображение этого соединения на принципиальной электрической схеме
Примером параллельного соединения может служить пока-, занноё.-на' рис. 35 соединение трех электрических лампочек. Такое соединение трех лампочек можно изобразить схематичен ски в виде трех сопротивлений гг, г2 и Гз.
. Выше мы установили, -что, соединяя потребители последовательно, мы тем самым общее сопротивление увеличиваем, и чем
69
больше потребителей будет включено в цепь, тем больше будет и сопротивление последней.
При параллельном соединении с увеличением числа параллельно включенных потребителей общее сопротивление цепи уменьшается.
Выяснить причину подобного уменьшения сопротивления можно на следующем примере.
Предположим, что каждое из трех параллельно соединенных сопротивлений, показанных на схеме рис. 35, изготовлено из кусков проволоки одинаковой длины и поперечного сечения и одного и того же материала и, следовательно, имеет одинаковое сопротивление. Если теперь к сопротивлению ri присоединить параллельно такое же по величине сопротивление г2, то этим самым, не изменяя длины общего сопротивления, увеличивается его сечение в два раза. При параллельном соединении трех одинаковых сопротивлений общее сечение, образованное тремя соединенными сопротивлениями, увеличится в три раза, а общее сопротивление уменьшится в три раза и т. д. Нетрудно видеть также, что чем большее количество потребителей будет включено параллельно, тем меньше будет общее сопротивление цепи.
Для определения общего сопротивления цепи при параллельном соединении потребителей пользуются следующей формулой:
где R — общее сопротивление цепи, п, г2> и Гз и т. д. — сопротивления отдельных потребителей.
Справедливость приведенной формулы вытекает: из следующего.
Каждый потребитель представляет известное сопротивление, которое показывает, насколько он противодействует прохождению по нему электрического тока. Но величина, обратная сопротивлению, — проводимость дает представление о том, насколько этот же потребитель способствует прохождению по нему электрического тока.
Поэтому, соединив несколько потребителей параллельно (рис. 35) и считая, что каждый потребитель обладает определенной проводимостью, устанавливаем следующее.
Если между точками а и b будет включен только один потребитель с проводимостью Gi, для электрического тока будет только один путь, а именно через этот потребитель. Присоединение параллельно первому потребителю других потребителей с проводимостями G2 и G3 приведет к увеличению общей проводимости участка между точками а и Ь, так как включение параллельно первому потребителю других потребителей будет практически означать расширение путей (каналов) для электрического тока, вследствие чего противодействие току будет -уменьшаться.
70
Следовательно, общая проводимость параллельно включенных потребителей равна сумме проводимостей отдельных потребителей.
Обозначая общую проводимость буквой G, можем приведенное выше определение записать следующим образом:
Заменив проводимости (G) обратными величинами сопротивлений (/?), получим формулу для определения сопротивления при параллельном соединении потребителей.
В частном случае, когда параллельно соединены несколько потребителей с одинаковым сопротивлением, общее сопротивление их может быть определено путем деления сопротивления потребителя на их число:
*=v-
Решим несколько примеров:
Пример 1. Определить общее сопротивление двух параллельно соединенных обмоток электромагнита, если сопротивление одной обмотки 10 ом, а другой 5 ом.
Решение. Общее сопротивление определяем по формуле
JL = J_ + 2_.
R ri г2
Подставляя в формулу значения отдельных сопротивлений, получим
± = 2_+±; R 10 * 5 ’
приведем правую часть к общему знаменателю:
1	1+2	1	3
R ~ 10 ИЛИ R ~ 10 ’
откуда
я=Д2. = ад а«, О
т. е. общее сопротивление обеих обмоток, соединенных параллельно, будет равно 3,3 ом.
Пример 2. Три лампочки сопротивлением 2, 4 и 5 ом соединены параллельно. Определить их общее сопротивление.
Решение. Подставляем значения сопротивлений лампочек в формулу
R ~ 2 + 4 + 5 '
После приведения правой части к общему знаменателю будем иметь 1 ю + 5 + 4 R “	20
1	19
, или R - 20 ,
откуда
к 19 ’
или = 1,05 ом.
П
Пример 3. Две лампочки сопротивлением каждая 5 ом соединены' "параллельно. Определить их общее сопротивление.
Решение. Так как сопротивления обеих параллельно соединенных лампочек одинаковы, то эту задачу можно решить и по упрощенной фор-'
’ •	f
муле R = — . Подставив в формулу значения, получим
5
/?=--, или R = 2,5 ом.
В примерах 1 и 2 обращает на себя внимание следующее обстоятельство. Какие бы мы сопротивления ни соединяли параллельно, конечный результат, т. е. общее сопротивление, будет по величине всегда меньше самого малого сопротивления. Это и понятно, так как присоединение к какому-либо малому сопротивлению параллельно любого числа больших его по величине сопротивлений будет практически означать создание дополнительных (параллельных первому сопротивлению) путей для электрического тока, что в конечном счете будет равносильно уменьшению первоначального сопротивления данного участка.
4.	РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ТОКА В ЦЕПИ С ПАРАЛЛЕЛЬНЫМ СОЕДИНЕНИЕМ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ
Принципиальная схема замкнутой цепи, состоящей из источника электрической энергии Е и трех параллельно соединенных потребителей в виде сопротивлений Гх, г2 и г3 показана на
7а	tt 6а б 4а в
Рис. 36. Разветвление тока при параллельном соединении потребителей
рис. 36. В отличие от последовательного соединения напряжения, подводимые к каждому потребителю при параллельном их соединении, будут одинаковыми по величине и равными напряжению на зажимах источника электрической энергии \ Эго следует из того, что все потребители имеют общие точки присоединения к полюсам источника. Следовательно, каждый потреби-
1 Предполагается, что сопротивление проводов, подводящих ток, очень мало и падения напряжения в них практически нет. 
72
тель получает ток полного напряжения, которое развивает источник электрической энергии, и сила тока, проходящего через потребитель, определяется только его сопротивлением.
На основании этого можно рассматривать каждый потребитель как совершенно самостоятельный, независимый от другого.
Это нетрудно подтвердить примером. Предположим, что потребители, изображенные на рис. 36, являются лампочками, которые имеют следующие сопротивления: Г1=12 ом, r2—Q ом и г3=3 ом. Предполагая, что источник электрической энергии, к которому присоединены лампочки, имеет напряжение 12 в и зная, что это напряжение подводится к каждой лампочке, нетрудно подсчитать ток, проходящий через каждую из них:
первая лампочка •
Z\ = -у?) == 1
вторая лампочка
4 = 4 = 2 а;
третья лампочка
Общий ток, который должен быть подведен от источника ко всём лампочкам,. будет равен их сумме:
/=71 + h 4- h — i 4- 2 + 4 — 7 а.
Если выключить какую-либо лампочку, остальные будут горёть нормально,, при этом общий ток, потребляемый от источника, уменьшается'/настолько, сколько потребляла выключенная лампочка. //' / /. ' ...........
Распределение токов в' различных точках цепи с параллельным /соединением потребителей /значительно' сложнее, чем при последовательном соединении. Это и понятно, так как в данном случае применяется цепь, имеющая ряд ответвлений к отдельным потребителям.
Точки, в которых происходит ответвление тока к отдельным потребителям (а, б, д, е на рис. 36), называются точками разветвления. Ученый Кирхгоф, исследовавший распределение тока в точках разветвления, установил следующую зависимость: сумма токов, приходящих к любой точке разветвления, равна сумме токов, от этой точки уходящих (закон Кирхгофа).
Это полностью подтверждается распределением токов, приведенным на схеме рис. 36. Точками разветвления на этой схеме являются а, б, д и е. Нетрудно видеть, что к точке а от источника электрической энергии подходит общий ток 7 а, идущий ко всем потребителям. В этой точке ток разветвляется: 1 а идет к первому потребителю (гО и 6 а к остальным (г2и гз)- Таким образом, к точке разветвления подошло 7 а и ушло от нее также 7 а (1 -J- 6)..
То же самсе происходит и в любой другой точке разветвления. Например,' к точке д подходит 2 а от второго потребителя и 4 а от третьего— всего 6 а, й 6 а уходит от нее.	• •
73
Из схемы рис. 36 нетрудно установить, что в тот потребитель пойдет больший ток, сопротивление которого будет меньше, и наоборот.
На основании этого можно сделать вывод: токи в разветвлениях 1 распределяются обратно пропорционально сопротивлениям разветвлений.
Дадим теперь общую оценку параллельному соединению потребителей:
1. При параллельном соединении каждый потребитель включен на полное напряжение источника электрической энергии, не-
зависимо от их числа.
2. Параллельно могут включаться потребители с различными
сопротивлениями; при этом ток, проходящий по одному потре-
я
Рис. 37. Включение шунтирующего прибора (шунта)
бителю, никакого влияния на другие оказывать не будет.
3. При выключении или выходе из строя любого потребителя остальные потребители
остаются включенными и действие их не прекращается.
Все это указывает на бесспорные преимущества параллель-
ного соединения перед последовательным, вследствие чего параллельное соединение потребителей и получило самое широкое
распространение.
Часто в практике бывает необходимо уменьшить ток, проходящий по како>му-либо потребителю или прибору. В этом случае параллельно ему включается сопротивление R (рис. 37) малой величины. При этом по, включенному сопротивлению пойдет во столько раз больший ток, во сколько раз его сопротивление меньше сопротивления того потребителя, параллельно которому он включен.
Такое сопротивление, включаемое параллельно любому потребителю или прибору с целью уменьшить проходящий по нему ток, называют шунтом. О самом же потребителе, параллельно которому включен шунт, говорят, что он будет шунтирован или зашунтирован.
5. СМЕШАННОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Смешанным соединением потребителей называется такое соединение, при котором часть потребителей соединена последовательно, а часть параллельно.
Так, например, в любой системе зажигания и электрооборудования колесной или гусеничной машины соединение в целом
1 Под разветвлением понимается каждый потребитель.
74
смешанное. При этом все потребители (лампочки, сигналы, электромоторы) в основном соединены параллельно, а вспомогательные приборы (выключатели, кнопки, добавочные сопротивления) соединены с потребителями последовательно.
На рис. 38 приведена полная схема включения осветительных и светосигнальных приборов одного из типов танков. Как видно из схемы, все приборы имеют однопроводную цепь, за исключением плафона и штепсельной розетки аварийного щитка, цепь которых двухпроводная.
свет свет сигнала щение ч Задний фонарь
. Малый большой Кнопка Осев -
Сигнал
Плафон аварийного света
4-®—
Фонарь
Фара
+24ir
А ккумуляторные батареи
Аварийный \ щиток Штепсельная розетка
Щиток водителя
Штепселбиоя
розетка®»
Рис. 38. Типовая схема . включения осветительных и светосигнальных приборов
Щиток МДШ
ч-|"V VI Щйямт х ra<Sra га га предохранителей
Задний фонарь
75
Смешанное соединение применяется также и в самих потребителях. В некоторых из них, как, например, в генераторе; реле-регуляторе и. стартере, имеется по нескольку обмоток^ часто самостоятельных, которые, соединяются между собой как. последовательно, так и параллельно, давая в конечном счете смешанное соединение.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Какие существуют способы соединения потребителей?
2.	Какое соединение называется последовательным?
3.	Как определить общее сопротивление при последовательном соединении?
4.	Каковы недостатки последовательного соединения?
5.	Что называется параллельным соединением потребителей?
6.	Как определяется общее сопротивление при параллельном соединении?
7.	Почему при параллельном соединении общее сопротивление всегда будет меньше самого малого из включенных сопротивлений?
8.	В чем заключается сущность закона Кирхгофа?
9.	Что такое шунт?
10.	Каковы преимущества параллельного соединения потребителей по сравнению с последовательным?
11.	Что называется смешанным соединением и где оно применяется?
12.	Пр рис. 38 проследите путь тока к плафону, щитка, башни.
Глава V
СОЕДИНЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
1. СПОСОБЫ СОЕДИНЕНИЯ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
В тех случаях, когда электрическая энергия, получаемая от отдельного источника, недостаточна для приведения в действие потребителей, применяют соединение источников в группы. Подобно потребителям, источники электрической энергии могут быть соединены между собой тремя способами: последовательно, параллельно и смешанно.
Группа химических источников электрической энергии, соединение между отдельными элементами которой выполнено по одному из вышеприведенных способов, называется: при соединении гальванических элементов — электрической батареей; при соединении аккумуляторов — аккумуляторной батареей.
На колесных и гусеничных машинах применяются только аккумуляторные батареи. Кроме того, на всех колесных, а также и на большинстве гусеничных машин применяется параллельное соединение генератора и аккумуляторной батареи.
2. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Последовательным соединением источников электрической энергии называется такое соединение, при котором положительный полюс одного источника соединяется с отрицательным полюсом второго; положительный полюс второго, в свою очередь, с отрицательным полюсом третьего и т. д.
В качестве примера на рис. 39 показана батарея, составленная из трех последовательно соединенных сухих гальванических элементов. Крайние полюсы первого и последнего элементов образуют положительный и отрицательный полюсы батареи.
77
При последовательном соединении источников их электродвижущие силы складываются, и, следовательно, общая электродвижущая сила батареи равна сумме э. д. с. отдельных источников. При таком соединении складываются и внутренние сопротивления отдельных элементов, поэтому величина внутреннего падения напряжения равна сумме величин внутреннего падения" напряжения элементов.
• Следовательно, общее напряжение последовательно соединен* ных источников электрической энергии равно сумме напряжения отдельных источников электрической энергии.	'
Отсюда нетрудно сделать вывод, что последовательное' соединение источников находит себе применение в случае необходимости иметь напряжение больше, чем то, которое может обеспечить один источник.
Отрицательный полос батареи
Рис. 39. Последовательное ‘соединение трех гальванических элементов (источников электрической энергии)
Так, например, если система электрооборудования рассчитана на напряжение 12 в, для этого необходимо составить батарею из шести соединенных последовательно аккумуляторов, напряжением каждый 2 в.
Соединять в батарею следует источники по возможности с одинаковым напряжением ,и емкостью.
Под емкостью в данном случае следует понимать то количество электричества, которое можно получить от источника электрической энергии при разрядке его до допустимого предела. За единицу измерения емкости принят ампер-час (а-ч).
Если последовательно соединить источники различной емкости, то емкость всей батареи будет ограничиваться источником с наименьшей емкостью.
При определении силы тока, которая может быть получена от батареи, приходится учитывать не только сопротивление внешней цепи, но также и сопротивление внутренней цепи.
78
-Сила тока', которая может быть получена по внешней цепи от батареи последовательно соединенных источников, может быть определена по формуле
где 1 — сила тока в цепи;
Е—-9. х. с. каждого источника;'
R — сопротивление внешней цепи;
г — внутреннее сопротивление каждого источника;
п — число источников, соединенных последовательно.
Следует отметить, что приведенная* выше формула справедлива только в том случае, если последовательно соединены, источники электрической энергии, развивающие одинаковую э. д. с. и обладающие одинаковым внутренним сопротивлением.
Пример 1. Определить силу тока, которая будет проходить через электрический сигнал, если его сопротивление 1,54 ом, а "сигнал присоединен на зажимы батареи, составленной из шести однотипных аккумуляторов э. д. с., равной 2 в и внутренним сопротивлением 0,01 ом. 4 ’
Еп *
Решение. / = -77-:--. Так как R = 1,54 ом, Е = 2 а; г = 0,01 ом,
R + rn	> -	>
а п = 6, то	•
л_ : >6 .	_7.
1 ~ 1,54 + 0,0Ьб“ 7,5
S. ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Параллельным соединением источников электрической энергии называется такое соединение, при котором все положительные полюсы отдельных «источников соединяются вместе, образуя общий положительный полюс, и все отрицательные полюсы источников также соединяются вместе, образуя общий отрицательный полюс.
В качестве примера на рис. 40 показана батарея, составленная из трех параллельно соединенных гальванических элементов. Нетрудно заключить, что батарею, составленную из нескольких параллельно соединенных источников электрической энергии, можно сравнить с одним большим - источником, размеры электродов которого соответственно увеличены.
Так- как размеры электродов источника электрической энергии не влияют на его э.д.с. \ то мы можем сказать, что э.д.с. батареи, составленной из параллельно соединенных источников, обладающих одинаковой э. д. с., равна э. д. с. отдельного источника электрической энергии.
1 Электродвижущая сила химических источников электрической энергии зависит только от химического состава электродов и электролита и не зависят размеров электродов.
79
Это относится и к напряжению батареи, все элементы (или аккумуляторы) которой обладают одинаковой э. д. с. и внутренним сопротивлением. Общее напряжение при параллельном, соединении таких источников электрической энергии равно напряжению одного из них.
На первый взгляд может показаться, что, поскольку напряжение при параллельном соединении не увеличивается, этот способ соединения вообще не дает какого-либо эффекта. Однако это не так. Мы уже видели выше, что, соединяя источники параллельно, этим самым как бы получаем один источник, но зато с увеличенными в несколько раз размерами электродов
Рис. 40. Параллельное соединение трех гальванических элементов (источников электрической энергии)
и количеством электролита. Результатом будет увеличение количества химической энергии в электродах и электролите, или, иначе говоря, в результате параллельного соединения произойдет увеличение емкости батареи.
Отсюда следует, что батарея, составленная из нескольких параллельно соединенных источников, может больший промежуток времени отдавать ток во внешнюю цепь. Кроме того, от такой батареи в случае необходимости можно получить в короткий промежуток времени значительный ток, чего часто нельзя сделать, применяя отдельный источник или группу их, соединенных последовательно.
Параллельное соединение источников возможно лишь в случае, когда отдельные источники развивают одинаковую э. д. с. (напряжение) и имеют одинаковые емкости (для аккумуляторных батарей, кроме того, одинаковую степень зарядки). Если э. д. с. отдельных источников будут различны, неизбежно возникновение разрядного тока от источника с большей э. д. с. к источнику, у которого э. д. с. меньше. В результате энергия одного источника будет бесполезно расходоваться.
80
Сила тока, которая может быть получена во внешней цепи от батареи параллельно соединенных источников, может быть определена по формуле
где / — сила тока в цепи;
Е — э. д. с. одного источника электрической энергии;
R — сопротивление внешней цепи;
г — внутреннее сопротивление одного источника;
п — число источников, параллельно соединенных в батарею.
Пользоваться приведенной выше формулой можно только в том случае, если параллельно соединены источники электрической энергии с одинаковыми э. д. с. и внутренним сопротивлением.
Пример 1. Электрический нагревательный прибор включен на две параллельно соединенные аккумуляторные батареи. Определить ток, потребляемый прибором, если э. д. с. каждой батареи 13 в, внутреннее сопротивление 0,002 ом, а сопротивление нагревательного прибора 0,25 ом. р
Решение. 1 = ---------. Так как R = 0,25 ом, Е — 13 в, г — 0,002 ом,
* + V
и п = 2, то
Параллельное соединение аккумуляторных батарей и генераторов и их совместная работа будут рассмотрены в разделе 11 главы XII.
4. СМЕШАННОЕ СОЕДИНЕНИЕ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Смешанным соединением источников электрической энергии называется такое соединение, при котором имеется и последовательное и параллельное соединение их.
В качестве примера на рис. 41 приведена батарея, составленная из четырех соединенных смешанно сухих гальванических элементов. Как видно из рисунка, элементы 1 и 2 соединены между собой последовательно, образуя одну группу. Так же последовательно соединены между собой элементы 3 и 4, образуя вторую группу. Между собой обе группы соединены параллельно.
Практически смешанное соединение источников электрической энергии применяется в тех случаях, когда необходимо получить нужное напряжение и емкость, которых не в состоянии обеспечить отдельный источник.
Действительно, при последовательном соединении нескольких источников электрической энергии общее напряжейиё ср-
6-568	 81
ответственно увеличивается во столько раз, сколько однотипных источников соединено. Если к этой группе присоединить параллельно вторую такую же группу соединенных последовательно
Отрицательный	Положительный
полюс батареи	полюс батареи
Рис. 41. Смешанное соединение гальванических элементов (источников электрической энергии)
Рис. 42. Схемы смешанных соединений аккумуляторных батарей источников, то емкость всей батареи увеличится в два раза при сохранившемся без изменения общем напряжении.
Пример 1. Каким способом можно соединить аккумуляторные батареи, имеющие напряжение 12 в и емкость 128 а-ч каждая, чтобы получить увеличение емкости и напряжения в два раза. При каком наименьшем числе батарей это возможно.
82
решение. Батареи должны быть соединены смешанно. Прежде всего, для получения напряжения, в два раза большего, чем одной батареи, нужно две батареи соединить между собой последовательно. Это даст напряжение 24 в. Затем параллельно этой группе нужно присоединить вторую такую же группу последовательно соединенных батарей. Это в свою очередь увеличит емкость до 256 а-ч, не изменяя напряжения (24 в). Для этого потребуется четыре батареи.
Практические схемы смешанного соединения источников электрической энергии, применяемые на колесных и гусеничных машинах, приведены на рис. 42.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Какие способы соединения источников электрической энергии вам известны?
2.	Что называется батареей?
3.	Что называется последовательным соединением источников электрической энергии?
4.	В каких случаях источники соединяются последовательно?
5.	Что называется параллельным соединением источников электрической энергии?
6.	В каких случаях источники соединяются параллельно?
7.	Какое обязательное условие должно быть выполнено при параллельном соединении источников электрической энергии?
8.	Какие способы соединения источников электрической энергии находят применение на колесных и гусеничных машинах?
6*
Глава V!
ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
1.	ЗАКОН ЛЕНЦА И ДЖОУЛЯ
При прохождении по любому проводнику электрический ток встречает сопротивление. На преодоление сопротивления любого участка электрической цепи затрачивается часть энергии проходящего по цепи тока. Эта энергия преобразуется, в частности, в энергию тепловую. В результате любой участок цели, потребители и включенные в цепь приборы, по которым проходит электрический ток, нагреваются. Это нагревание и сопровождающее его выделение тепла оказываются неодинаковыми длй отдельных участков цепи и зависят от нескольких причин.
Опытами, произведенными русским физиком академиком Эмилием Христцановичем Ленцем и английским физиком Джоу--лем, независимо один от другого, установлено, что количество тепла, выделяемое электрическим током, подчиняется определенному закону, получившему впоследствии название закона Ленца и Джоуля.
Закон Ленца и Джоуля формулируется следующим образом: количество тепла (Q), выделяемое электрическим током, проходящим по проводнику, обладающему неизменным сопротивлением /?, пропорционально квадрату силы тока и времени, в течение которого электрический ток проходит по проводнику.
Этот закон можно выразить следующим образом:
Q = kRI4.
Для того чтобы количество тепла, выделяемое электрическим током, было выражено в калориях \ в формуле необходимо принять коэфициент k = 0,24, называемый тепловым эквивалентом. Тепловой эквивалент получен опытным путем и представляет собою количество тепла (0,24 малой калории), которое выделяется электрическим током в 1 а, проходящим по проводнику сопротивлением 1 ом в течение 1 секунды.
1 Калория (малая) — единица для измерения количества тепла, равная количеству тепла, необходимого для нагревания Г г воды на 1° от температуры 19,5° С до 20,5° С при нормальном атмосферном давлении.
84
Следовательно, если ток, сопротивление и время будут равны не единице, а каким-то другим значениям, то очевидно, что и количество тепла, выделенное в этом случае, будет не 0,24 ж. кал, а какое-то другое.
Эмилий Христианович Ленц (1804-1865)
Исходя из этого, закон Ленца и Джоуля для общего случая может быть записан так:
Q = 0,24/?/2/, где Q — количество тепла в малых калориях;
Д — сопротивление проводника в омах;
I—	сила тока в амперах;
t — время в секундах.
Проделаем несколько примеров.
Пример 1. Определить количество тепла, которое выделит электрический ток силою 10 а, если он проходит по проводнику с сопротивлением 20 ом в течение 5 минут.
Решение. Прежде всего необходимо время выразить в секундах: 5 • 60 = 300 ’ секунд. Подставляя в формулу данные условия, получим: Q — 0,24 RPt', Q = 0,24• 20ПО2-300 = 144000 м. кал, или 144 б. кал.
S5
Способностью электрического тока выделять тепло при прохождении по проводнику широко пользуются для устройства электрических нагревательных приборов. К ним относятся: плитки, чайники, печи, паяльники, специальные приборы для подогрева воды и масла и т. д. На тепловом действии электрического тока основана работа электрических лампочек и предохранителей.
Высокая температура, развивающаяся в электрической дуге, открытой основоположником русской электротехники В. В. Петровым, используется для расплавления и сварки металлов. Способ сварки металлов электрической дугой с применением металлического электрода (?ыл впервые предложен русским инженером Н. Г. Славяновым и до настоящего времени находит самое широкое применение в различных отраслях производства.
В некоторых случаях при определении количества тепла, выделяемого электрическим током, удобнее пользоваться не сопротивлением проводника (потребителя), которое подчас бывает неизвестно, а напряжением U (в вольтах), подводимым к нему или теряемым на нем. Тогда формула закона Ленца и Джоуля, приведенная выше, может быть преобразована следующим образом:
Q = Q$ARIIt
или, заменяя 7 его значением
и подставляя в формулу, получим
Q = 0,24 7?/-^ 7;
К
производя сокращение на R, получим
Q —0,24 777/.
Пример 2. Определить, какое количество тепла будет выделено электрическим паяльником, включенным в течение 1 часа, если он потребляет ток 10 а при напряжении 12 в.
Решение. Время включения паяльника составляет 1 час, или 3600 секунд. Подставим данные в формулу Q — 0,24 IUt,
Q = 0,24*10-12«3 600 = 103 680 м. кал, или 103,68 б. кал.
Пример 3. Определить, какое количество тепла выделится в проводниках, подводящих электрический ток к паяльнику, приведенному в предыдущем примере, если падение напряжения в них на участке от источника электрической энергии до паяльника составляет 0,7 в.
Решение. Будем рассуждать следующим образом. Ток, потребляемый паяльником, проходит одновременно и по соединительным проводам. Если паяльник потреблял ток 10 а и был включен 1 час, то по проводам в течение часа также будет проходить ток силой 10 а. При этом в проводах терялось напряжение 0,7 в. Отсюда количество тепла, выделенного током при прохожде-, нии по соединительным проводам, будет равно Q — 0,24 IUt. Подставляя значения, получим
Q = 0,24-10-0,7*3 600 = 6048,0 м. кал, или 6,048 б. кал.
86
В обоих приведенных выше примерах мы видели, что прохождение электрического тока в цепи сопровождается выделением тепла как в потребителе (паяльнике), так и в соединительных проводах.
Тепло, выделяемое паяльником, используется для пайки деталей. Выделение тепла раскаленной нитью лампочки сопровождается излучением света, который используется для освещения. То же самое можно сказать и об электрической энергии, затрачиваемой в любом специальном нагревательном приборе, в котором она почти целиком переходит в тепло. В этих случаях затрата энергии полезная.
Что же касается энергии, затраченной электрическим током на нагревание соединительных проводов, то выделившееся при этом тепло рассеивается в воздухе и, следовательно, представляет для нас потерянную энергию.
Помимо потери энергии, самый факт нагревания соединительных проводов является нежелательным. Действительно, если проводник нагрет незначительно, то выделяемое им тепло быстро рассеивается в воздухе и температура проводника остается сравнительно небольшой. При увеличении тока в проводнике, естественно, возрастет и количество выделяемого тепла', которое, не успевая рассеиваться в воздухе (так как поверхность охлаждения данного проводника остается неизменной), приведет к значительному повышению его температуры. В результате может загореться изоляция проводника, а при известных условиях (больший ток) и самый металл проводника расплавится.
То и другое опасно в пожарном отношении. Поэтому соединительные провода, в зависимости от проходящего по ним тока, должны быть взяты определенного сечения, при котором соотношение между сопротивлениехм проводника, влияющим на количество выделяемого тепла, и поверхностью его охлаждения было бы наиболее благоприятным в смысле поддержания температуры проводника в допустимых пределах.
2.	ПЛОТНОСТЬ ТОКА
Электрический ток, проходящий по проводнику, распределяется по всему его сечению равномерно Ч Следовательно, на каждую единицу площади поперечного сечения проводника приходится определенное число ампер.
Число ампер, приходящихся на единицу площади поперечного сечения проводника, называется плотностью тока.
Во избежание чрезмерной плотности тока в соединительных проводах, следствием чего являлся бы их недопустимо большой нагрев, существуют нормы наибольшего допустимого тока для проводника каждого сечения.
1	Это правило не распространяется на переменные токи высокой частоты, которые с увеличением частоты стремятся проходить ближе к поверхностному слою проводника.
87
В табл. 7 указаны величины допустимых наибольших токов для различных сечений изолированных проводов при открытой (наружной) проводке.
В колесных и гусеничных машинах, где условия охлаждения проводов чрезвычайно плохие, приходится брать пониженную плотность тока и для выбора сечения проводов, в зависимости от тока, руководствоваться табл. 8.
Таблица 8
Наибольший допустимый ток в изолированных проводах, применяемых на колесных и гусеничных машинах
Площадь поперечного сечения проводника, мм2	0,75	1	1,5	2,5	4	6	10	16	25	35	50	70	95	120
Наибольший допустимый ток, а . . . .	2	3	6	15	20	25	35	50	70	80	90	100	125	150
В тех случаях, когда провода служат для кратковременного подведения тока к какому-либо потребителю, как, например, к стартеру, а длина соединительных проводов невелика, наибольший допустимый ток для данного сечения проводника может быть увеличен в пять-шесть раз.
Определять сечение изолированных проводов, применяемых для обмоток электрических машин и приборов, по этим таблицам нельзя, так как условия охлаждения обмоток обычно очень плохие. Расчет их ведется, исходя из допустимой плотности тока, которая берется в пределах 2—5 а/мм2.
Пример 1. Автомобильный генератор заряжает аккумуляторную батарею током 18 а. Определить, какого сечения необходимо поставить соединительный провод.
1	Для алюминиевых проводов каждое значение наибольшего допустимого тока будет соответствовать следующему большему сечению. Например, для 20 а — 4 мм2, для 25 а — 6 мм2 и т. д.
88
Решение. Из табл. 8 видим, что ток 18 а находится между 15 и 20 а, которым соответствует сечение проводов 2,5 и 4 лш2.
Так как 18 а больше 15 а, то сечение 2,5 ллг2 мы принять не можем, а берем ближайшее большее, т. е. 4 лои2, которому соответствует наибольший ток 20 а.
Рассмотренный метод расчета (выбора) сечения провода носит название «расчета по плотности тока». Он применим при расчетах сечений сравнительно коротких проводов, что имеет место главным образом на колесных и гусеничных машинах.
3.	ЛАМПОЧКИ НАКАЛИВАНИЯ
Способностью электрического тока нагревать проводник, по которому он проходит, пользуются для целей освещения.
Александр Николаевич Лодыгин (1847-1923)
Для этого по тонкой металлической нити, заключенной в стеклянный, герметически закрытый баллон, из которого выкачан воздух, пропускается электрический ток, в результате чего волосок нагревается до яркобелого каления;, при этом электрическая энергия преобразуется одновременно в тепловую и световую энергию. Тепловая энергия, выделяемая нитью, рассеивается в окружающем пространстве, а световая энергия используется для освещения. Приборы, в которых световая энергия получается за счет накаливания металлической нити электрическим током, получили название лампочек накаливания.
89
Первая электрическая лампочка накаливания была изобретена в 1873 году талантливым русским ученым Александром Николаевичем Лодыгиным. Своими трудами А. Н. Лодыгин подготовил благотворную почву для блестящих успехов в работе известного русского изобретателя й ученого Павла Николаевича Яблочкова по применению электрической энергии для целей освещения.
П. Н. Яблочков, используя открытое В. В. Петровым явление дуги, сконструировал оригинальный источник электрического . освещения, получивший впоследствии название «свечи Яблочкова».
Лампочки, применяемые для целей освещения на колесных и гусеничных машинах, имеют следующее устройство.
Внутри стеклянного баллона (рис. 43) на двух электродах 1 укреплена тонкая вольфрамовая нить 2, свитая в виде мелкой спирали. При пропускании по нити электрического тока она нагревается до высокой температуры и
лучаст яркий белый свет. Для того чтобы* предохранить нить лампочки от быстрого перегорания, воздух из колбы откачивается, после чего она заполняется каким-либо инертным газом 1 и запаивается.
Для крепления лампочки патроне, фонари, плафоны), служит ц о-
электрической
Z
3 У
Одноконтактный цоколь
Рис. 43. Конструкция лампочек накаливания, применяемых на колесных и гусеничных машинах: 1 — электроды; 2 — нить накаливания; 3 — цоколь; 4 — штифт; 5 — изолированный контакт
Авцхконтактный цоколь
из-
В устанавливаемом в осве-
тигельной арматуре (фары, (
коль 3. Он состоит из металлического корпуса цилиндрической формы, в нижней части которого расположены два штифтика 4. При помощи этих штифтиков лампочка удерживается в соответствующих вырезах патрона.
Такой цоколь называется гладким цоколем. Его преимущество перед цоколями с нарезкой, применяемыми для обычных осветительных лампочек, заключается в том, что он исключает самопроизвольное вывинчивание лампочки от тряски.
Для подведения электрического тока к лампочке используется как самый цоколь, так и изолированный от цоколя контакт 5. В этом случае цоколь носит название о д н о к о н т а к т-н о г о. В некоторых лампочках самый цоколь не используется для подведения тока к нити, вследствие чего в нижней части
1 Инертным называется газ, не вступающий ни в какие химические соединения с другими веществами. К инертным газам относятся неон, аргон и др.
90
цоколя устанавливаются два изолированных один от другого контакта. Такой цоколь носит название двух контактного.
Павел Николаевич. Яблочков (1847—1894)
Внешний вид некоторых типов лампочек накаливания, применяемых на колесных и гусеничных машинах, показан на рис. 44.
Перед включением лампочки в систему электрооборудования должно быть обращено внимание па напряжение и силу света,
Рис. 44. Образцы лампочек, применяемых на колесных и гусеничных машинах. Форма колбы:
1 — шаровая; 2, 3 и 4 — каплеобразная
91
выраженную в свечах, на которую рассчитана лампочка. Эти данные наносятся на цоколе. На некоторых лампочках указывается не сила света в свечах, а мощность, потребляемая лампочкой в ваттах \
Обычные электрические лампочки, применяемые для освещения жилых помещений, отличаются от рассмотренных лишь большим размером колбы и
Рис. 45. Принципиальная схема включения в цепь двухсветной лампочки: П — переключатель
иной формой нити. Цоколь этих лампочек имеет винтовую нарезку.
Большое распространение получили сейчас так называемые двухсветные ч лампочки, имеющие две нити, которые можно включать одну независимо от другой. Эти лампочки в совокупности со специальной фарой дают возможность при включении главной .нити получить освещение пути на большом расстоянии— до 100 м от машины («дальний свет»), при включении же боковой нити — на расстоянии 30—40 м («ближний свет»).
Цоколи двухсветных лампочек имеют два контакта, а самый
цоколь используется в качестве третьего контакта.
Принципиальная схема включения в цепь двухсветной лампочки показана на рис. 45. Если рычаг переключателя П поставить в верхнее положение, будет включена нить с силой света в 21 свечу, а если в нижнее, — включится нить с силой света в 3 свечи. Промежуточное положение рычага соответствует выключенному состоянию обеих нитей.
Крепление лампочек в осветительной арматуре производится при помощи патронов, которые в зависимости от цоколя лампочки бывают одноконтактные и двухконтактные. Одноконтактный патрон (рис. 46) состоит из металлического корпуса /, в нижней части которого помещено основание 2 из изоляционного материала с контактом 3, отжимаемым пружиной 4. К контакту 3 с наружной стороны основания 2 присоединяется провод 5, подводящий ток к патрону. При креплении лампочки в патроне два штифта на ее цоколе входят в крючкообразные прорези 6 на корпусе патрона и удерживаются в них силой пружины 4, действующей через контакт 3 на цоколь лампочки. Этим лампочка предохраняется от выпадения из патрона при тряске. В двухконтактных патронах.на основании из изоляцион-
1 Ватт (вт) — единица измерения электрической мощности (см. главу VII)
92
ного материала устанавливается соответственно не один, а два контакта.
Патроны устанавливаются в осветительной арматуре. К осветительной арматуре относятся фары, габаритные сигнальные фонари, плафоны, задние сигнальные фонари и т. д.
Рис. 46. Патрон для крепления электрических лампочек:
1 — металлический корпус; 2 — основание из изоляционного материала; 3 — пружинный контакт; 4 — пружина; 5 — провод; 6 — крючкообразная прорезь
Устройство фары показано на рис. 47. Фара состоит из корпуса 1, рефлектора 2 с патроном 3 для лампочки и стеклянного рассеивателя (линзы) 4. Внутренняя поверхность рефлектора делается зеркальной. Вместе с рассеивателем рефлектор обеспе-
чивает распределение светового потока лампочки в требуемом направлении.
В последнее время начинает получать распространение так называемая ламп а-ф ара. Особенность ее устройства состоит в том, что рассеиватель и рефлектор сделаны из стекла, образуя как бы большую колбу, внутри которой впаяны электроды с нитью. Внутренняя поверхность части колбы, представляющей рефлектор, покрыта блестящей амальгамой; воздух из колбы выкачан и » пространство заполнено инертным газом.
Рис. 47. Фара:
корпус фары; 2 — рефлектор: 3 — патрон с лампочкой; 4 — рассеиватель (линза)
Преимущества такого устройства заключаются в хорошем использовании светового потока и большем сроке службы нирси.
93
4.	ПЛАВКИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ
Любой источник электрической энергии, а также и провода, соединяющие его с потребителями, всегда рассчитываются на какой-то наибольший ток, превышение которого может пагубно отразиться на них и окружающих предметах.
Однако могут быть случаи, когда в электрической цепи вследствие значительного уменьшения ее сопротивления ток. превысит допустимые пределы. Это может произойти, например/ в том случае, если изоляция провода, подводящего ток к какому-либо потребителю, оголится и жила провода соединится непосредственно с массой (рис. 48).
Рис. 48. Явление короткого замыкания
Непосредственное соединение жилы провода, подводящего электрический ток от источника к потребителям, с массой машины называется коротким’ замыканием1.
Короткое замыкание приводит к резкому уменьшению сопротивления внешней цепи и как следствие — к увеличению в ней тока.
Это можно подтвердить следующим примером. Предположим, что общее сопротивление потребителей и соединительных проводов, показанных на рис. 48, составляет 2 ом, а э. д. с. источника электрической энергии (аккумуляторная батарея), к которому они присоединены, 6,56 в; внутреннее сопротивление батареи г = 0,05 ом. Тогда ток, проходивший по цепи до момента короткого замыкания, был равен
Е 6,56
R + г ~ 2 + 0,05
= 3,2 а.
Предположим теперь, что вследствие короткого замыкания сопротивление внешней цепи уменьшилось с 2 до 0,03 ом. В этом случае ток в цепи сразу же достигнет следующего значения:
I = —— = —= 82 а. R + г ( 03 + 0,05
1 Сказанное относится к однопроводной системе, имеющей наибольшее распространение на колесных и гусеничных машинах. При двухпроводной системе короткое замыкание является следствием соединения -жил обоих проводов, идущих от источника к потребителям.
94
Совершенно естественно, что соединительные провода, которые не рассчитаны на чрезмерный ток короткого замыкания, нагреются до такой степени, что на них загорится изоляция, а это, в свою очередь, может привести к пожару. Кроме того, ток короткого замыкания опасен и для источника электрической энергии. Так, • например, если источником будет служить аккумуляторная батарея, в ней может произойти коробление пластин; если же источником будет генератор, то сгорит изоляция его обмоток и, следовательно, генератор выйдет из строя.
Во избежание этих крайне нежелательных последствий необходимо сразу же, как только возникло короткое замыкание, прервать цепь, чтобы ток короткого замыкания не успел произвести разрушительных действий.
Прерывание цепи осуществляется плавким предохранителем, представляющим собой небольшой отрезок калиброванной проволоки. Предохранитель, включенный последовательно с источником и потребителем, плавится при всяком возрастании тока до величины, большей, чем та, на которую он рассчитан, благодаря чему автоматически размыкается
цепь.
Таким образом, предохранители служат для защиты источ-
возрастании потребляемого им тока предохранитель чем и предохраняет потребитель от выхода из строя, включения предохрани-однопроводную развет-цепь показана на
6
9
ю
Ю 9
А
5
Рис. 49. Конструктивное оформление предохранителей:
-А — пластинчатые предохранители) />' — трубчатые предохранители
ников электрической энергии и соединительных проводов от чрезмерно большого тока, появляющегося в цепи при коротком замыкании. Потребителей предохранители не защищают.
Исключение составляют лишь такие потребители, ток которых изменяется с изменением нагрузки (электродвигатели, трансформаторы и т. д.). В этом случае при перегрузке потребителя и плавится, Схема телей в вленную рис. 38.
В конструктивном отношении плавкий предохранитель представляет собой калиброванную проволоку из свинца, а чаще всего из серебра, что объясняется большим постоянством температуры плавления серебра по сравнению с температурой плавления свинца. Для быстрой и удобной замены сгоревшего предохранителя новым проволока, называемая плавким мостиком, заключается в оправу. В зависимости от формы и выполнения оправы  предохранители разделяют на пластинчатые и трубчатые.
95
Пластинчатые предохранители (рис. 49, Л) находят себе применение в цепях с большими токами. Плавкий мостик в предохранителях этого типа составляется из одной или нескольких проволок 6, которые привариваются к двум наконечникам 7. Для включения предохранителя в цепь используются специальные контактные болты, гайками которых зажимаются наконечники предохранителя. Контактные болты укрепляются на панели из изоляционного материала и одновременно используются для включения всего предохранителя в цепь. Ток и напряжение, на которые рассчитана плавкая вставка, указываются на одном из ее наконечников.
Трубчатый предохранитель (рис. 49, Б) представляет собой стеклянную трубочку 8, закрытую с обеих сторон металлическими колпачками 9. В зависимости от применяемого способа крепления предохранителя в пружинных контактах колпачки делаются коническими или снабжаются ножами 10. Внутри стеклянной трубочки помещен плавкий мостик, концы которого припаиваются к обоим колпачкам. Применение стеклянной тру-
// потребителям
Рис. 50. Внешний вид и принципиальная схема щитка предохранителей: Правый крайний — пластинчатый предохранитель, остальные — трубчатые
96
бочки дает возможность быстро определить перегоревший предохранитель и, кроме того, полностью исключает разбрызгивание металла мостика при его перегорании.
Значение силы тока, на которую рассчитан предохранитель, указывается на одном из колпачков оправы.
Как правило, предохранители сосредоточиваются на так называемых щитках предохранителей (рис. 50).
Перегоревший предохранитель должен быть тотчас же заменен другим, рассчитанным на тот же ток. Применение вместо предохранителей кусков медной проволоки и других суррогатов («жучков») недопустимо.
5.	ТЕРМОПРЕДОХРАНИТЕЛИ
Вместо плавких предохранителей широкое применение начинают получать термопредохранители (рис. 51).
Основной частью термопредохранителя (рис. 52) является биметаллическая1 пластинка 1 с парою подвижных контактов 2. Когда термопредохранитель включен, биметаллическая пла-
Рис. 51. Термопредохранитель
Рис. 52. Принципиальная схема термопредохранителя:
1 — биметаллическая пластинка; 2 — подвижной контакт; 3 — неподвижный контакт
стинка занимает положение, показанное на рис. 52, А, замыкая своими контактами цепь.
При коротком замыкании в цепи по биметаллической пла-, стинке пройдет большой ток. От этого пластинка быстро нагреется и вследствие неодинакового расширения металлов, из которых она сделана, прогнется вверх (рис. 52, Б) и разомкнет цепь.
После устранения короткого замыкания нажатием на кнопку биметаллическая пластинка возвращается в исходное положение.
1 Биметаллическая — сделанная из двух разнородных металлов или сплавов.
7 669
97
В термопредохранителях некоторых типов биметаллическая пластинка не оставляет цепь в разомкнутом состоянии (при коротком замыкании), а непрерывно размыкает ее и замыкает. Хорошо слышимые при этом щелчки сигнализируют о коротком замыкании в цепи.
6.	ВЫДЕЛЕНИЕ ТЕПЛА В МЕСТАХ С НЕДОСТАТОЧНО ХОРОШИМ СОЕДИНЕНИЕМ
В любой электрической цепи всегда имеется значитель? ное количество точек соединения или ответвления проводов, присоединения их к зажимам вспомогательных приборов, потребителей и источников электрической энергии.
Надежный электрический контакт в любой из указанных выше точек имеет первостепенное значение для безотказной работы всей системы. В местах соединения или разветвления проводов применяют скрутку зачищенных медных жил этих проводов с последующей пайкой места соединения оловом. В случае присоединения провода к потребителю жила провода тем или' иным способом надежно закрепляется в специальных зажимах, чтобы сопротивление в местах соединения, называемое переходным сопротивлением, было минимальным.
Однако при невнимательном наблюдении за состоянием электрической цепи может произойти вследствие тряски, вибра-. ции и т. д. ослабление крепления соединительных проводов в зажимах, приводящее к увеличению переходного сопротивления. Увеличение переходного сопротивления в месте скрутки двух проводов может произойти вследствие окисления, если место скрутки не было предварительно пропаяно.
Электрический ток, проходя по соединению с возросшим сопротивлением, будет затрачивать на нем часть энергии, которая, преобразуясь в тепловую, вызовет нагревание места неплотного соединения. Не говоря уже о том, что потеря энергии в местах соединения проводов ухудшает работу включенных потребителей, нагрев места неплотного соединения, особенно значительный при большом токе в цепи, может привести к выгоранию изоляции, разрушению прибора и послужить причиной возникновения пожара.
Поэтому при монтаже или профилактическом осмотре электрических приборов большое внимание должно уделяться проверке и устранению всевозможных неплотностей в местах соединений, вызывающих увеличение переходного сопротивления. Поверхности соединяемых проводов, зажимов, болтов или токопроводящих деталей должны быть тщательно очищены от окис-лов и после этого (в зависимости от рода соединяемых деталей) пропаяны или надежно прижаты болтами или винтами.
Особое внимание должно уделяться состоянию поверхности таких контактов, которые по характеру работы не остаются в постоянном соединении (рубильники, выключатели, переклю-98
чатели) или же осуществляют электрическое соединение с вращающейся частью прибора (коллектор и щетки генераторов й электродвигателей, электроконтактных устройств и т. д.). В этом случае, помимо общей чистоты соприкасающихся или трущихся контактов, следует добиваться их плотного прилегания друг к другу всей рабочей поверхностью, так как только в этом случае переходное сопротивление будет иметь минимальную величину, а вместе с ним незначительны будут и потери энергии на нагрев.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Чем объяснить нагревание проводника электрическим током?
2.	В чем заключается закон Ленца и Джоуля?
3.	Что необходимо знать для определения количества тепла, выделяемого электрическим током?
4.	Что такое тепловой эквивалент?
5.	Как устроена электрическая лампочка?
6.	Почему в лампочках накаливания стеклянная . колба наполняется инертным тазом?
7.	В каких .случаях лампочки снабжаются гладким цоколем и почему?
• 8. Для чего применяются плавкие предохранители?
9.	Перечислите типы предохранителей.
10.	Объясните принцип работы плавкого иредохранителя.
И. Объясните принцип действия термопредохранителя.
12. Почему важно иметь надежное соединение во всех точках электрической цепи?
7*
Глава VII
РАБОТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА. МОЩНОСТЬ. КОЭФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
1. РАБОТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Электрический ток, проходя по любому проводнику или через потребитель, совершает определенную работу (W). На. это затрачивается электрическая энергия, которая преобразуется в другой вид энергии, как, например: тепловую, световую, механическую и т. д.
Работа, произведенная электрическим током ца отдельном участке замкнутой цепи или в каком-либо потребителе, будет зависеть:
1) от количества электронов (количества электричества), прошедших по данному проводнику или через потребитель;
2) от того, какое количество энергии нужно затратить на единицу количества электричества для преодоления сопротивления проводника или потребителя. >	t
Количество электронов, проведших по проводнику, зависит от силы тока I и времени t, в течение которого этот ток проходил. Энергия, затраченная на каждую единицу количества электричества для преодоления сопротивления участка цепи, представляет собой не что иное, как падение напряжения на участке цепи или по отношению к потребителю — напряжение U, подведенное к его зажимам. Следовательно, мы можем сказать, что совершенная электрическим током работа
W = UIt.
Единицей для измерения работы электрического тока является джоуль.
Один джоуль представляет собой работу, совершенную электрическим током силой 1 а при напряжении 1 в, проходящим по проводнику в течение 1 секунды. Работу в 1 джоуль называют также ватт-секундой (вт-с).
Кроме ватт-секунды, для измерения работы электрического тока применяют:
ватт-час (вт-ч) = 3600 вт-с;
гектоватт-час (гвт-ч) — 100 вт-ч;
киловатт-час (квт-ч) = 1000 вт-ч.
100
Для определения работы, совершенной электрическим током при прохождении по какому-либо потребителю, а следовательно, и затраченной на это электрической энергии необходимо измерить: амперметром — ток, проходящий через потребитель, вольтметром — напряжение на его зажимах и часами — время, в течение которого по потребителю проходил электрический ток. Произведение этих величин даст работу постоянного тока.
Пример 1. Определить, какое количество электрической энергии израсходовано для зарядки автомобильной аккумуляторной батареи, если зарядка производилась от источника с напряжением 120 в, током силою 5 а. Продолжительность зарядки составила 20 часов.
Решение. Израсходованная электрическая энергия определяется по формуле
W = Ult.
Рис. 53. Счетчик электрической энергии
источника с напряжением 120 в. Киловатт-

Подставляя в формулу значения величин, получим
W= 120-5-20 — 12 000 вт-ч, или 12 квт-ч.
Для практического определения работы, произведенной электрическим током, применяются специальные приборы, называемые электрическими счетчика ми (рис.. 53). Счетчик представляет собой прибор, состоящий из счетного и вращающего механизмов, заключенных в металлический кожух. Если после счетчика включить какие-либо потребители, вращающий механизм придет в движение (вращение) и, будучи связан со счетным механизмом, заставит вращаться и последний. Цифры, нанесенные на барабанах счетного механизма, непосредственно укажут израсходованную электрическую энергию в гектоватт-часах или киловатт-часах.
Пример 1. Определить израсходованную для зарядки аккумуляторной батареи электрическую энергию и ее стоимость, если батарея заряжалась током* силой 10 а в течение 20 часов от час электрической энергии стоит 20 коп.
Решение. Израсходованная электрическая энергия может быть определена по формуле W = Ult. Так как U == 120 в, I — 10 a, a t — 20 часам, то, подставляя эти значения в формулу, получим
IF = 120-10«20 = 24 000 вт-ч, или 24 квт-ч.
im
Общая стоимость израсходованной энергии будет составлять 24-0,2 = 4 р. 80 к.
Пример 2. Показания электрического счетчика, записанные до включения потребителей, составляли 150 гвт-ч. По прошествии некоторого времени, в течение которого потребители были включены, показания счетчика стали 1400 гвт-ч. Определить, сколько необходимо уплатить за израсходованную электрическую энергию, если 1 квт-ч стоит 20 коп.
Решение. Израсходованная электрическая энергия будет определена, если от последних показаний счетчика отнять предыдущие:
W = 1400 — 150 = 1250 гвт-ч, или 125 квт-ч.
Отсюда стоимость электрической энергии составит
0,2 • 125 = 25 руб.
2. МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Мощностью называется работа, совершенная в одну секунду.
Если электрическим током совершена какая-то работа W за промежуток времени t, то мощность, представляющая собой ра-боту в одну секунду, будет равна Р — -у. Подставив в эту формулу значение W. = JJIt
t
и произведя сокращение на t, получим:
P = UI,
т. е. мощность электрического тока равна произведению величины силы токана величину напряжения.
Единицей измерения мощности служит ватт (ег).
Мощности в один ватт соответствует мощность, развиваемая электрическим током в 1 а
I напряжении 1 в. Отсюда следует, что для определения мощности (в ваттах) необходимо напряжение в вольтах умножить на ток в амперах.
Для измерения больших мощностей. применяют следующие единицы: гектоватт (гвт), равный 100 вт; киловатт (кет), равный 1000 вт.
Для того чтобы измерить мощность, потребляемую любым потребителем, необходимо
Рис. 54. Схема включения амперметра и вольтметра для измерения мощности
последовательно с ним включить амперметр, а параллельно вольтметр и затем перемножить показания обоих приборов. Результат перемножения даст мощность тока, выражен
102
ную в ваттах. На рис. 54 схематически показано включение амперметра и вольтметра для измерения мощности потребляемого тока.
Решим несколько числовых примеров.
Пример 1. Автомобильная лампочка при напряжении б в потребляет ток 4 а. Определить мощность, потребляемую лампочкой.
Р е ш е н и е. Электрическая мощность Р — UI. Подставляя в формулу значения, получим	р _ g. 4 __ 24
Пример 2. Максимальная мощность, на которую рассчитан генератор, равна 260 от. На зажимы генератора, на которых поддерживается напряжение 12 в, включены потребители с общим сопротивлением 0,6 ом. Определить, какая мощность генератора остается неиспользованной.
Решение. Прежде всего необходимо определить силу тока, отдаваемого генератором.
Подставляя в эту формулу значения, получим
12 /=^•=20 0.
Теперь определим мощность, отдаваемую генератором, P=UI= 12-20 = 240 вт.
Следовательно, неиспользованная мощность генератора составит 250 — 240 = 10 вт.
Однако измерение мощности в цепи гфи помощи вольтметра и амперметра неудобно, так как связан» с двумя операциями:
отсчетом показаний каждого прибора и перемножением результатов показаний.
Поэтому для непосредственного измерения мощности применяют* специальные приборы, получившие название ваттметров (рис. 55).
Ваттметр имеет две самостоятельные обмотки, из которых одна (толстая) включается последовательно с потребителями и учитывает силу тока, а другая (тонкая), включаемая параллельно’ им, — напряжение. Принципиальная схема ваттметра, включенного в цепь, показана на рис. 56.
Рис. 55. Ваттметр
103
Мощность электрического тока можно измерять не только в киловаттах, но и в лошадиных силах. Для перехода от одной единицы к другой нужно пользоваться соотношениями:
1 киловатт = 1,36 лошадиной силы;
1 лошадиная сила = 736 ватт.
Рис. 56. Принципиальная схема включения ваттметра в цепь
Пример 1. На паспорте электромотора указано, что мощность его составляет 2 кет. Необходимо вы-разить мощность в лошадиных силах.
Решение. Один киловатт равен 1,36 л. с. Следовательно, мощность электромотора равна -  - •	—
2-1,36 = 2,72 л. с.
Пример 2. Мощность электрического стартера равна 15 л. с. Необходимо выразить ее в ваттах.
Решение. Одна лошадиная сила равна 736 вт. Следовательно, мощность Дартера, выраженная в ваттах, составит 15-736= 11 040 вт, <или 11 кет.
\	3. КОЭФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ
До сих пор мы исходили из того, что подведенная к потребителю электрическая энергия преобразуется в нем без потерь в другой вид энергии и целиком используется для полезных целей. В действительности же в применяемых на практике приборах и машинах эти потери существуют и выражаются в затрате части подводимой мощности на трение в подшипниках, на нагрев железных сердечников и т. д. В результате всякая машина или прибор отдает в преобразованном виде не всю полученную мощность, а только часть ее.
Отношение величины мощности, отдаваемой машиной или прибором в преобразованном виде, к величине мощности, получаемый ими для преобразования, называется коэфици-ентом полезного действия.
104
Коэфициент полезного действия обозначается буквой 7) (читать — эта) и пишется сокращенно к. п. д.
Для различных электрических машин и приборов к. п. д. имеет различные значения, но он всегда меньше единицы. Так, например, для мощных генераторов и электромоторов к. п. д. колеблется в пределах от 0,8 до 0,96. Для генераторов и электромоторов, применяемых на колесных и гусеничных машинах, к. п. д. значительно ниже и находится обычно в пределах 0,5—0,7.
Пример 1. Определить к.*п. д. автомобильного генератора, если он отдает мощность 80 вт, а на приве/Лние его в действие от двигателя затрачивается мощность 0,16 л. с.
Решение. Выразим сначала в ваттах затрачиваемую мощность:
Р = 0,16-736= 117,76 вт.
Так как затрачиваемая мощность равна 117,76 вт, а отдаваемая 80 вт, то к. п. д. будет составлять:
80
71 “ 117,76 “ °’67*
Пример 2. Определить, какая мощность затрачивается двигателем для приведения в действие генератора, который отдает во внешнюю цепь мощность 250 вт. Коэфициент полезного действия генератора 0,7.
Решение. Мощность, затрачиваемая двигателем и выраженная в ваттах, будет больше той, которую отдает генератор. Для определения получаемой генератором мощности необходимо отдаваемую мощность разделить на к. п. д.
250
= 357 вт.
Чтобы выразить эту мощность в лошадиных силах, необходимо ее разделить на f36:
= 0,48 л. с.
/<эо
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Что называется работой электрического тока и от чего она зависит?
2.	В каких единицах измеряется работа электрического тока?
3.	Для чего служит счетчик?
4.	Что называется мощностью электрического тока?
5.	От чего зависит мощность электрического тока и в каких единицах она измеряется?
6.	Какими способами можно измерить мощность тока в электрической цепи?
7.	Какое соотношение существует между киловаттом и лошадиной силой?
8.	Что называется коэфициентом полезного действия?
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ АККУМУЛЯТОРЫ
Глава VII!
СТАРТЕРНЫЕ АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ
1.	ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ АККУМУЛЯТОРА
Электрическим аккумулятором 1 называется прибор, в котором электрическая энергия, создаваемая каким-либо источником, преобразуется в химическую, с тем чтобы ее можно было в дальнейшем вновь преобразовать в электрическую энергию и использовать, в зависимости от необходимости, в любом месте и в любое время.
Рассмотрим, как устроен простейший аккумулятор.
Простейший аккумулятор состоит из сосуда, наполненного слабым раствором серной кислоты в воде (электролит), в который опущены две свинцовые пластины (электроды). Как, только пластины будут опущены в электролит, на их поверхности образуется под действием серной кислоты тонкий слой сернокислого свинца (сульфата). Если обе пластины соединить с полюсами какого-либо источника электрической энергии, то электрический ток, проходя через электролит, постепенно приведет к образованию на пластине, соединенной с положительным полюсом источника, окислов свинца (перекись свинца), а на пластине, соединенной с отрицательным полюсом источника, — к восстановлению свинца (губчатый свинец).
Процесс образования на пластинах перекиси свинца и губчатого свинца называется зарядкой, а требующийся при этом электрический ток — первичным, или зарядным, током.
Если после зарядки отсоединить от аккумулятора провода того источника, от которого он заряжался, и присоединить к его зажимам какой-либо потребитель, то в аккумуляторе начнутся обратные химические реакции, сопровождающиеся появлением в цепи аккумулятора электрического тока обратного направления, чем при зарядке. При этом перекись свинца и губчатый свинец, имеющиеся на пластинах, постепенно переходят в первоначальное состояние (сернокислый свинец), возвращая затраченную на их образование электрическую энергию. Этот процесс носит
1 Аккумулятор — латинское слово: накопляю, собираю.
106
название разрядки, а электрический ток — вторичного, или разрядного, тока.
Рассмотренный простейший аккумулятор имеет существенный недостаток: при зарядке на его пластинах образуется мало перекиси свинца и губчатого свинца, и процесс образования этих веществ протекает медлфно. Такой аккумулятор не может дать достаточное количество электрической энергии. Если предварительно производить многократную зарядку и разрядку аккумулятора, то большее количество свинца пластин переходит в перекись свинца и губчатый свинец. Однако такая обработка пластин обходится дорого и отнимает много времени.
В настоящее время пластины изготовляют в виде решеток, ячейки которых заполняют заранее приготовленной, так называемой активной массой, состоящей из сурика и глета, /г. е. химических соединений свинца с кислородом. При таком способе изготовления пластин необходимость в многократных предварительных зарядках и разрядках отпадает и нужное для длительной работы количество перекиси свинца и губчатого свинца на пластинах получается уже после первой зарядки (формировки).
Пластины, изготовленные по такому способу, носят название массовых, а самый способ, правда, значительно усовершенствованный, используется при изготовлении современных аккумуляторов.
2.	ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ АККУМУЛЯТОРОВ
Область применения аккумуляторов в технике чрезвычайно разнообразна. В соответствии с назначением изменяется и конструкция аккумулятора. ( Поскольку нас интересуют главным образом аккумуляторы, устанавливаемые на колесных и гусеничных машинах, следует вкратце познакомиться с условиями их работы. Попутно отметим, что на колесных и гусеничных машинах применяют не отдельные аккумуляторы, а несколько -аккумуляторов, соединенных в батарею.
На каждой колесной и гусеничной машине, за исключением некоторых сельскохозяйственных тракторов, для питания многочисленных потребителей электрической энергии устанавливается всегда два источника электрической энергии: генератор и аккумуляторная батарея. Генератор может питать потребители только во время работы двигателя. Однако необходимость в электрической энергии для питания потребителей может встретиться и во время стоянки машины: например, для пуска двигателя стартером, питания системы зажигания (при наличии индукционной катушки) и т. д. Это приводит к необходимости иметь другой источник электрической энергии — аккумуляторную батарею.
Зарядка аккумуляторной батареи производится генератором,-установленным на колесной или гусеничной машине, и осуществляется во время работы двигателя. Заряженная батарея обес
107
печивает питание потребителей не только тогда, когда генератор не работает, но и во время работы его может также отдавать электрический ток во внешнюю цепь. Это особенно важно в том случае, когда питание большого количества потребителей не может быть осуществлено только от генератора вследствие его ограниченной мощности.
Помимо сказанного, аккумуляторная батарея обеспечивает питание такого потребителя, как электрический стартер, пред-назначенного для пуска в ход двигателя машины. Очень большой ток, потребляемый стартером, доходящий до 500—800 а, а в отдельных случаях и до 1000 а, может быть получен от аккумуляторной батареи небольших размеров только при условии ее надлежащей конструкции. Поэтому аккумуляторные батареи, устанавливаемые на колесных и гусеничных мащинах> в отличие от кислотных аккумуляторных батарей других типов носят название стартерных.
3.	УСТРОЙСТВО СТАРТЕРНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ
Стартерный аккумулятор, входящий в состав стартерной аккумуляторной батарещ состоит из положительных и отрицательных пластин, расположенных в сосуде, заполненном электролитом — раствором серной кислоты в дёстиллированной воде.
Пластины являются наиболее ответственной частью аккумулятора, а поэтому на их устройстве остановимся 'несколько подробнее.
Пластина аккумулятора как положительная, так и отрицательная состоит из свинцовой решетки, в ячейки которой вма
Рис. 57. Решетки пластин аккумулятора
зывается активная (действующая) масса. Решетка пластины (рис. 57) отливается из химически чистого свинца, к которому добавляется около 6% сурьмы, для того чтобы сделать металл решетки более твердым и прочным.
108
Решетки для положительных и отрицательных пластин имеют одинаковые размеры и форму. В верхней части решетка снаб: жена хвостовиком, а в нижней — опорными ножками. Решетка служит каркасом, нйР котором удерживается активная масса, и обеспечивает подведение к активной массе электрического тока.
Для приготовления активной массы имеется много рецептов. Наиболее распространённым надо считать следующий: для положительных пластин — свинцовый сурик (РЬзО4), порошок ярко-красного цвета, и сульфат аммония; для отрицательных пластин состав остается тот же, но к нему добавляется небольшое количество сернокислого бария. Оба состава разводятся в воде
и серной кислоте до тестообразного состояния и вмазываются в решетки.
Кроме активной массы из сурика, применяется активная масса из свинцового порошка, получаемого в результате размалывания свинцовых шариков в специальных мельницах. В этом случае в состав активной массы для положительных пластин входят свинцовый порошок, серная кислота и вода. Для отрицательных пластин состйв остается тот же, но к нему добавляют в качестве расширителя сажу и льняные очесы.
После нанесения активной массы на решетки пластины высушиваются, активная масса затвердевает и прочно скрепляется с решетками (рис. 58).
По окончании сушки пластины проходят заводскую формировку электрическим током, в результате которой вещества, вмазанные на пластинах, переходят: на положительной пластине в перекись свинца (РЬОг) темнокоричневого Цвета, а на отрицательных пластинах—в губчатый свинец (РЬ) светлосерого цвета.
Цвет, приобретенный активной массой пластин в процессе Формировки, при дальнейшей работе аккумулятора почти не из-
109
меняется и служит отличительным признаком положительных
и отрицательных пластин.
После формировки дальнейшая обработка пластин зависит, от того, в каком исполнении будет выпускаться батарея. Если1
Рис. 59. Баретки
батарея будет выпускаться в сухо*; разряженном исполнении, пластины1 разряжаются полностью или частично, промываются водой и сушатся. Если батарея будет выпускаться в сухозаряженном исполнении, пластины после формировки не разряжа-. ются, а проходят специальную; сушку в особых камерах.
Когда пластины изготовлены и
высушены, приступают- к сборке как отдельных аккумуляторов, так и целой батареи. Сборка
производится в следующем порядке.
Хвостовики групп одноименных пластин вводятся в специальный железный кондуктор и припаиваются свинцом к усикам свинцовой баретки (рис. 59). В результате одноименные пластины оказываются соединенными между собой параллельно.
Рис. 60. Полублоки отрицательных и положительных пластин
Полученные таким образом группы спаянных между собой пластин называются положительными и отрицательными полублоками (рис. 60).
Чем больше емкость аккумулятора (батареи), тем большее число пластин имеет каждый полублок. Число пластин отрицательного полублока всегда берется на одну больше, чем положительного, для того чтобы, во-первых, использовать всю 110
активную массу положительных пластин, а во-вторых, предохранить крайние положительные пластины от коробления и выкрашивания активной массы. Положительные пластины легко коробятря и выкрашиваются, если они. подвержены действию тока только с одной стороны. Если же число отрицательных
пластин взять на одну больше, то в этом случае обе стороны крайних положительных пластин будут равномерно нагружены током.
Пластины положительного полублока вводятся между пластинами отрицательного, причем, для того чтобы предохранить разноименные пластины от непосредственного соединения, между ними вставляют
ся прокладки, называемые сепараторами (рис. 61).
Сепараторы, предохраняющие положительные и отрицательные пластины от непосред-
Рис. 61. Сепаратор
ственного соединения, не дол
жны значительно увеличивать внутреннее сопротивление аккумулятора, так как в противном случае получение большого разрядного тока, необходимого для пуска двигателя стартером, станет невозможным. I
Минимальное внутреннее сопротивление, как показали опыты, получается у аккумулятора (батареи) при применении сепараторов, изготовленных из дерева мягких пород (липы, ольхи), причем лучшими деревянными сепараторами считаются изготовленные из кедра.
Наличие в деревянных сепараторах большого количества пор, которые при работе заполняются электролитом, дает возможность электрическому току итти от пластины к пластине по кратчайшему пути, т. е. через поры сепаратора. 0 другой стороны, благодаря малой величине пор полностью исключается возможность замыкания пластин частичками активной массы.
Для того чтобы не загрязнять электролит аккумулятора посторонними веществами, которые имеются в дереве сепараторов (уксусная кислота и др.), последние предварительно обрабатываются в горячем растворе каустической соды (технического едкого натра) в течение 6 часов. После этого сепараторы промываются в течение-9—12 часов водой.
Однако дерево подвержено действию серной кислоты, что снижает срок службы аккумуляторной батареи. Поэтому в последнее время начинают получать распространение сепараторы из стеклянного войлока, хлорвинила, мипора (микропористого эбонита), а также специальных пластикатов, которые практически не разрушаются от серной кислоты.
Одна сторона сепаратора (рис. 61) делается гладкой, а противоположная рифленой, с небольшими выступами, расположенными на определенном расстоянии один от другого.
111
Сепараторы устанавливаются между пластинами так, чтобы сторона сепаратора, снабженная выступами, была обращена к положительной пластине, а гладкая к отрицательной. Благодаря такой конструкции сепаратора (наличие углублений) вода,
Рис. 62. Блок пластин со вставленными между ними сепараторами
выделяющаяся у положительной пластины в процессе разрядки, быстро перемешивается с электролитом, чем и предотвращается замедление химической реакции.
Полублоки положительных и отрицательных пластин, соединенных между собой баретками, с помещенными между пластинами се-: параторами носят название^ блоков пластин (рис. 62).
Блоки пластин помещаются в сосуды, называемые бачками.
Аккумуляторные батареи собирают в деревянном ящике или в моноблоке из пластмассы или эбонита.
В первом случае 'бачки
отдельных аккумуляторов изготовляются из эбонита (рис. 63). Во втором случае бачками для аккумуляторов служат отделения моноблока (рис. 64).
На дне бачков (отделений моноблока) делается от двух до четырех ребристых выступов — призм, на которые опираются нижние части пластин. Таким образом, между дном и пластинами остается пространство, где скопляются частички выкро-
Рис. 63. Эбонитовый бачок
112
Рис. 64. Моноблок для трех аккумуляторов
шившейся активной массы (шлам), благодаря чему нижние кромки пластин предохраняются от короткого замыкания.
После установки в бачок блока пластин бачок закрывается сверху крышкой (рис. 65). Крышки изготовляются из того же материала, что и бачок, и по форме бывают плоские (Д) и фасонные (Б).
В крышке имеется три отверстия: два крайних служат для пропускания полюсных отростков бареток, а среднее для заливки аккумулятора электролитом. Это отверстие снабжается
Рис. 65. Крышки бачков аккумуляторов и пробки к ним:
А — плоская крышка; Б — фасонная крышка; В — фасонная крышка с дополнительным вентиляционным отверстием
резиновой или эбонитовой пробкой с каналами для беспрепятственного выхода пазов. Каналы в пробках расположены таким образом, чтобы не допускать выплескивания через них электролита.
В последнее время начинает получать распространение фасонная крышка (В) с дополнительным вентиляционным отверстием. Особенностью конструкции этой крышки является наличие, кроме отверстий 1 для полюсных отростков (штырей), еще двух отверстий: заливочного 2 с удлиненной втулкой 5, закрываемого навинтованной глухой пробкой 4, и вентиляционного отверстия 5 для беспрепятственного выхода газов. Такая конструкция крышки дает возможность производить контроль и корректировку уровня электролита без измерения его градуированной стеклянной трубочкой (см. раздел 15 главы VIII).
Чтобы предупредить просачивание электролита через крышку в местах, где проходят через нее полюсные отростки, в плоских крышках применяются резиновые уплотнительные прокладки. В фасонных крышках в отверстия для прохода полюсных отростков предварительно заделываются свинцовые втулки, которые спаиваются с полюсными отростками, чем и достигается надежная плотность.
Для защиты верхних кромок сепараторов от повреждения при измерении уровня или плотности электролита в батареях последнего выпуска в верхней части пластин между баретками помещен предохранительный щиток из мелко продырявленного эбонита или хлорвинила.
8- 569
113
Рис. 66. Аккумуляторная батарея типа З-СТ-80 в моноблоке:
1 — соединительные перемычки; 2 — положительный и отрицательный полюсы батарей
Блоки пластин, установленные в моноблок и закрытые крышками, соединяются между собой последовательно свинцовыми перемычками (межэлементные соединения). Соединенные перемычками аккумуляторы образуют аккумуляторную батарею (рис. 66).
Щели между крышками и перегородками моноблока заливаются кислотоупорной мастикой. Зажимами батареи являются два крайних полюсных отростка.
Если блоки помещаются
в отдельные эбонитовые бачки, последние устанавливаются в общем деревянном ящике (рис. 67). После установки блоков они закрыва-
ются крышками, заливаются сверху общим слоем кислотоупорной мастики, а аккумуляторы соединяются последовательно свинцовыми перемычками. Зажимы располагаются на боковой стенке ящика и соединяются с полюсными отростками крайних аккумуляторов свинцовыми соединительными шинами.
Как следует из изложенного
торные заводы, в зависимости
выше, отечественные аккумуля-от способа обработки пластин,
Рис. 67. Аккумуляторная батарея типа 6-СТЭ-144 в деревянном ящике
114
выпускают батареи в двух исполнениях: сухоразряженные с полным или частичным разрядом пластин и сухозаряженные.
Сухозаряженные батареи имеют то преимущество, что для приведения их в рабочее состояние требуется очень небольшой промежуток времени и менее мощные зарядные средства. Так, например, если для приведения в рабочее состояние сухоразря-женной батареи необходимо затратить 100—140 часов, то сухозаряженная батарея может быть сдана в эксплоатацшо после 3—5-часовой зарядки.
После приведения сухозаряженной батареи в рабочее состояние дальнейшая эксплоатация ее ничем не отличается от эксплоа-тации сухоразряженной батареи.
4.	ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ В СТАРТЕРНОЙ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕЕ
Перейдем теперь к более детальному ознакомлению с теми химическими процессами, происходящими в аккумуляторе, благодаря которым аккумулятор (или батарея) может преобразовывать электрическую энергию в химическую и наоборот.
Рассмотрение химических реакций, происходящих в аккумуляторе, начнем, предполагая, что мы имеем полностью заряженный аккумулятор (рис. 68). В этом случае активная масса положительной пластины представляет собой перекись свинца РЬО2, а отрицательной — губчатый свинец РЬ. Электролитом служит разведенная в дестиллированной воде (Н2О) серная кислота ^(H2SO4).
Как нам уже известно,х серная кислота, содержащаяся в электролите, распадается на ионы. Одна молекула кислоты дает два •положительных иона ’водорода и один ион кислотного остатка. Каждый водородный ион обладает одним положительным зарядом (буквенное обозначение его Н+), ион же кислотного остатка обладает двумя отрицательными зарядами (электронами), отнятыми у водорода (этот ион обозначим SO4 Л
До замыкания внешней цепи заряженного аккумулятора электролит и пластины взаимодействуют следующим образом.
Молекулы перекиси свинца положительной пластины, соприкасающиеся с электролитом, ионизируются. Одна молекула перекиси свинца (РЬО2) дает один положительный ион свинца (Pb++++) и два отрицательных иона кислорода (О ). Это приводит к тому, что на граничащей с электролитом поверхности пластины образуется двойной ионный слой: слой положительных ионов свинца (Pb't4+ + ), обращенный к пластине, и слой ионов кислорода обращенный, к электролиту. В результате пластина, содержащая перекись свинца, становится заряженной положительно.
Атомы губчатого свинца отрицательной пластины под действием серной кислоты частично переходят в раствор, причем каждый из атомов свинца, переходя в раствор, оставляет на •8*
115
пластине два электрона, т. е. становится положительным ионом (РЬ+ + ),
Освободившиеся электроны делают пластину, содержащую губчатый свинец, заряженной отрицательно.
Таким образом, пластины заряженного аккумулятора обладают разными по знаку зарядами, что и является причиной возникновения электродвижущей силы аккумулятора.
Если присоединить к зажимам аккумулятора какой-либо потребитель, например лампочку, то через нее пойдет ток, и аккумулятор начнет разряжаться. Ток, отдаваемый аккумулятором, носит название разрядного тока.
В процессе разрядки электроны с отрицательной пластины переходят по внешней цепи на положительную. Каждые два электрона, попавшие на положительную пластину, нейтрализуют два (из четырех) положительных заряда одного иона свинца.
Рис. 68. Схема химической реакции в аккумуляторе при разрядке
Рис. 69. Схема химической реакции в аккумуляторе при зарядке
Ион свинца, обладающий теперь только двумя зарядами (РЬ ++), вступает в соединение с отрицательным ионом кислотного остатка (SO4 ), в результате чего на положительной пластине получается одна нейтральная молекула нового вещества, называемого сернокислым свинцом или сульфатом (PbSCU). В то же время два отрицательных иона кислорода (О ), образовавшихся в процессе ионизации из одной молекулы перекиси свинца, соединяясь с четырьмя положительными ионами водорода (Н+), образуют две нейтральные молекулы воды (2Н2О), которые переходят в электролит.
Положительные ионы свинца отрицательной пластины (РЬ +'+ ), соединяясь с отрицательными ионами кислотного остатка
116
(S0<	), образуют нейтральные молекулы сернокислого
свинца (PbSO4).
Следовательно, в процессе разрядки аккумулятора активная масса обеих пластин переходит в сернокислый свинец, а взамен израсходованной на его образование серной кислоты в электролит выделяется вода. Таким образом, при разрядке аккумулятора количество кислоты в электролите уменьшается, а вместе с ним уменьшается и удельный вес электролита. Когда активная масса обеих пластин полностью перейдет в сернокислый свинец, т. е. химический состав обеих пластин аккумулятора будет одинаковым, его э. д. с. будет равна нулю и действие (разрядка) аккумулятора прекратится. В дальнейшем мы увидим, что до такого предела аккумулятор никогда практически не разряжается во избежание его порчи.
Химическое уравнение разрядки в окончательном виде можно записать следующим образом:
Электролит —	-f- Электролит —
РЬО2 + 2H2SO4 + Pb = PbSO4 + 2Н2О-4-PbSO4
Аккумулятор заряжен	Аккумулятор разряжен
Рассмотрим теперь, как проходят химические реакции при зарядке разряженного аккумулятора (рис. 69).
Присоединим к аккумулятору посторонний источник электрической энергии так, чтобы отрицательная пластина аккумулятора была соединена с отрицательным зажимом источника, а положительная пластина — с положительным. Тогда к отрицательной пластине будут поступать электроны от внешней цепи, а из положительной пластины электроны будут уходить во внешнюю цепь.
В рассматриваемом случае активная масса обеих пластин аккумулятора представляет собой одно и то же вещество — сернокислый свинец (PbSO4). Сернокислый свинец хотя и плохо растворяется в электролите, все же некоторая часть его будет находиться в растворе в виде положительных ионов (Pb++J и отрицательных ионов (SO/ ).
Под действием электрического тока, называемого в этом случае зарядным током, в аккумуляторе наряду с другими процессами происходит электролиз воды. Поэтому нужно иметь в виду, что в процессах при зарядке аккумулятора принимают участие не только ионы сернокислого свинца, но также и ионы воды (Н и ОН-).
Электроны, поступающие из внешней цепи в отрицательную пластину, нейтрализуют положительные ионы свинца, находящиеся в электролите у отрицательной пластины. Вследствие этого на отрицательной пластине отлагается металлический свинец. Положительные ионы (Н + ), образующиеся на отрицательной пластине в процессе диссоциации воды, соединяются с кислотным остатком (SO4 ), давая серную кислоту (H2SO4).
117
Положительные ионы сернокислого свинца (РЬ ++), находящиеся у положительной пластины, при зарядке аккумулятора отдают по два своих электрона во внешнюю цепь, превращаясь в ионы (РЬ 4 + 'г + ).
На положительной пластине образуется, кроме ионов(РЬ + + + +), отрицательные ионы воды (ОН-). Каждые два таких иона, распадаясь, дают два положительно заряженных иона водорода (Н + ) и два отрицательных иона кислорода (О ). Ионы кислорода, соединяясь с положительными ионами свинца (РЬ+ + + ^), образуют нейтральные молекулы перекиси свинца, отлагающиеся на положительной пластине. Водородные ионы и кислотный остаток (SO4 ), соединяясь, дают серную кислоту, переходящую в электролит.
По мере расходования ионов сернокислого свинца из электролита новые порции сернокислого свинца обеих пластин переходят в раствор.
Следовательно, в процессе зарядки аккумулятора сернокислый свинец пластин переходит в перекись свинца на положительной пластине и в губчатый свинец на отрицательной. Взамен воды, вступившей в реакцию, в электролит выделится серная кислота. Таким образом, количество серной кислоты по мере зарядки аккумулятора будет повышаться, а следовательно, будет повышаться и удельный вес электролита. В конце зарядки удельный вес электролита будет таким же, как и перед началом разрядки аккумулятора.
Химическое уравнение зарядки в окончательном виде можно записать таким образом:
Электролит	Электролит
+ • — + —
PbSO4 + 2Н2О 4- PbSO4 = ~РЬО2 + 2H2SO4 + РЬ
Аккумулятор разряжен	Аккумулятор заряжен
Сравнивая между собой химические уравнения разрядки и зарядки, нетрудно установить, что они тождественны, но только реакция в каждом из них протекает в различных направлениях. Такая химическая реакция носит название обратимой, а поэтому весь химический процесс, происходящий в аккумуляторе, мы можем записать следующим образом:
Разрядка
+ — +
РЬО2 + 2H2SO4 + Pb4TZ±PbSO4 4- 2Н2О 4- PbSO4
Зарядка
В итоге рассмотрения химических реакций, происходящих в аккумуляторе, нетрудно притти к следующим двум весьма существенным выводам.
1. Количество преобразуемой электрической энергии в химическую и наоборот зависит от количества' активной массы (пере' 118
кисИ свинца и губчатого свинца), образовавшейся на пластинах.
Поэтому с целью увеличить работоспособность аккумулятора, или, точнее, его емкость, стремятся по возможности увеличить количество активной массы, находящейся на пластинах и участвующей в химической реакции. Для этого при изготовлении аккумулятора его решетки заполняют специальной пастой, которая при первой же зарядке переходит в перекись свинца и губчатый свинец, образуя в достаточном количестве так называемую активную массу. Одновременно для увеличения емкости увеличивают число пластин, соединенных параллельно в одном аккумуляторе.
Кроме того, в процессе эксплоатации готового аккумулятора или батареи важно сохранить имеющуюся на пластинах активную массу, предотвратив ее выкрашивание или переход в неразложимое состояние, для чего необходимо неуклонно соблюдать правила ухода и хранения.
2. Удельный вес электролита не остается в течение работы аккумулятора постоянным, изменяется. Так, по мере разрядки аккумулятора, когда серная кислота электролита распадается и отдает кислотный остаток на образование сернокислого свинца на пластинах, а одновременно у положительной пластины в электролит выделяется вода, — удельный вес электролита уменьшается. При зарядке же аккумулятора кислород воды расходуется на образование перекиси свинца на положительной пластине, а кислотный остаток сернокислого свинца обеих пластин идет на образование серной кислоты, выделяющейся в электролит, отчего удельный вес электролита увеличивается.
Изменением удельного веса1 электролита пользуются для определения состояния аккумулятора (или батареи), устанавливая, заряжен он или разряжен и в какой степени.
5.	НАПРЯЖЕНИЕ АККУМУЛЯТОРА
Напряжение отдельного аккумулятора считается в среднем равным 2 в. Эта величина не остается постоянной в процессе работы аккумулятора, а изменяется в зависимости от силы зарядного или разрядного тока, а также от степени зарядки или разрядки аккумулятора.
Как видно из кривой Ui (рис. 70), напряжение заряженного аккумулятора в начале разрядки равно 2,1 в, а затем по мере разрядки быстро понижается до 2,0 в и дальше в течение длительного промежутка времени держится почти постоянным, лишь слегка понижаясь. По мере приближения раз
1 В дальнейшем удельный вес будет именоваться плотностью электролита, так как такое название является общепринятым в практике эксплоатации аккумуляторов.
119
рядки к концу напряжение начинает понижаться быстрее и достигает 1,75 в (точка а). Если в это время разрядку не прекратить, напряжение начнет быстро падать.

		Заряд		j
				
ь		Разряд	У,	\ X X X
				
) *
О	5	Ю	15	ZQ	25
Часы
Рис. 70. Кривые изменения напряжения при зарядке и разрядке
Разрядка до более низкого напряжения практически никогда не производится по следующим причинам: во-первых, это нецелесообразно, так как потребители не могут нормально работать при пониженном напряжении (например, лампочки будут гореть очень тускло), а во-вторых, такая разрядка аккумулятора опасна для него, так как в случае несвоевременной зарядки она может привести к сульфатации пластин, уменьшающей емкость аккумулятора и разрушающей пластины. Поэтому разрядка стартерной аккумуляторной батареи считается законченной тогда, когда напряжение какого-либо ее аккумулятора снизится до 1,75 в.
При зарядке, как видно из кривой напряжение аккумулятора сначала быстро возрастает до 2,2 в, а затем в течение значительного промежутка времени медленно поднимается до 2,3 в и к концу зарядки снова быстро повышается до 2,5—2,7 в (точка б). После этого напряжение перестает возрастать и остается постоянным.
Если после окончания зарядки аккумулятора отключить источник электрической энергии, то можно заметить, что напряжение сразу же упадет с 2,7 в сначала до 2,5, а затем и до 2,1 в. Напряжение 2,1 в и нужно считать начальным при разрядке аккумулятора\	>	'
Для контроля за напряжением аккумулятора и аккумуляторных батарей применяются вольтметры. Так как изменение на-
1 Величины напряжения даны для нормальной температуры электролита (15—30°). В случае понижения температуры электролита напряжение при зарядке вследствие повышения внутреннего сопротивления аккумулятора и вязкости электролита несколько повышается, а при, разрядке понижается.
120
пряжения аккумулятора от состояния полностью заряженного до разряженного невелико, вольтметр должен обладать достаточной точностью.
Необходимо иметь в виду, что определение степени зарядки аккумулятора или батареи путем измерения напряжения даже точным вольтметром возможно только в том случае, если одновременно батарею разряжать определенным током, соответствующим данному типу батареи, т. е. под нагрузкой.
Если же вольтметр присоединить на зажимы разомкнутого аккумулятора или батареи (без нагрузки), то он измерит не напряжение, а э. д. с., величина которой изменяется только с изменением плотности электролита и почти не изменяется от степени
зарядки. Фактически вольтметром в этом случае измеряется напряжение при ничтожно малой нагрузке, которое приближенно может быть принято равным величине э. д. с.
Так как пределы изменения плотности электролита в стартерных аккумуляторах тоже невелики, то, следовательно, э. д. с. заряженного и разряженного аккумуляторов будут мало отличаться одна от другой, затрудняя и оценку состояния батареи. Кроме этого, всякая неточность, допущенная в плотности электролита, безусловно отразится на результатах измерения э. д. с. и тем самым повлияет на правильность определения состояния батареи. Поэтому оценивать степень зарядки аккумулятора или батареи только по показаниям вольтметра, присоеди-. ненного к зажимам аккумулятора или батареи без нагрузки их, не следует, так как это приводит к грубым ошибкам.
пользование ею
Рис. 71. Нагрузочная вилка и при определении степени зарядки батареи:
1 — металлическая ножка; 2 — ручка; 3 — сопротивление (спираль); 4 — вольтметр
Для определения степени зарядки батареи по напряжению (под нагрузкой) сконструирован специальный прибор, называемый нагрузочной вилкой.
Нагрузочная вилка (рис. 71) состоит из двух металлических ножек 1, укрепленных на эбонитовой ручке 2, причем обе ножки соединены между собой металлической спиралью 3, обладающей сопротивлением около 0,015 ом. К ножкам
121
вилки параллельно сопротивлению (спирали) присоединен вольтметр 4. Расстояние между концами ножек нагрузочной вилки соответствует расстоянию между положительным и отрицательным полюсами одного аккумулятора стартерной батареи. Если вилкой замкнуть полюсы аккумулятора, то по сопротивлению 3 пройдет ток около 100 а, и вольтметр, включенный параллельно сопротивлению, покажет напряжение аккумулятора под нагрузкой.
Практически нагрузочной вилкой пользуются следующим образом.
Взяв вилку за ручку и держа ее в вертикальном положении, плотно присоединяют ножками к зажимам отдельного аккумулятора батареи на промежуток времени в 5 секунд, наблюдая в то же время за показаниями вольтметра. При вполне заряженном и к тому же исправном аккумуляторе показания вольтметра должны быть не меньше 1,8 в и в течение всего промежутка времени испытания (5 секунд) оставаться неизменными. Если же окажется, что в момент включения напряжение будет 1,7 в и в процессе испытания будет понижаться, то это укажет на то, что испытуемый аккумулятор разряжен или неисправен.
Таким способом проверяются все аккумуляторы стартерной батареи, причем разница напряжений отдельных аккумуляторов не должна превышать 0,1 в. Приведенные цифры следует считать ориентировочными. Точные цифры зависят от типа применяемой нагрузочной вилки и даются в прилагаемой к ней инструкции.
При пользовании нагрузочной вилкой необходимо помнить, что потребляемый ею ток значителен, а поэтому злоупотреблять частыми испытаниями не следует.
6.	ПЛОТНОСТЬ ЭЛЕКТРОЛИТА
Удельный вес, или плотность электролита, изменяется в прямой зависимости от степени зарядки аккумулятора. Так, максимальная плотность электролита бывает у заряженного аккумулятора и уменьшается по мере его разрядки.
Для измерения плотности электролита служит ареометр (рис. 72). О плотности электролита судят по погружению ареометра.
Для мест с умеренным климатом зимою плотность электролита аккумуляторов заряженной стартерной батареи должна составлять 1,290. Батарея считается полностью разряженной, если плотность электролита в каком-либо ее аккумуляторе достигла 1,160.
Пределы плотности электролита для стартерных батарей, работающих в других климатических условиях, приведены в табл. 9.
122
Таблица 9
Плотность электролита в стартерных батареях в зависимости от климатических условий и времени года1
Климатические условия	Состояние батареи			
	зимой		летом	
	заряжена	разряжена	заряжена	разряжена
Для мест с суровым климатом (крайние северные районы СССР с морозами свыше 40°) ....	1,310	1,190	1,270	1,140
Для мест с умеренным климатрм (центральные и подавляющее большинство северных районов СССР с морозами до 40°) . .	1,290	1,160	1,270	1^140
Для мест с жарким климатом (южные районы СССР)		1,270	1,140	1,240	1,100
Повышенная плотность электролита в зимних условиях необходима для предохранения электролита от замерзания и связанной с ним порчи аккумуляторной батареи. На основании опытных данны\ установлено, что электролит плотностью 1,290 замерзает при температуре —/4°, в то время как электролит плотностью 1,160 замерзает уже при температуре —16°. Изменение плотности электролита при изменении температурных условий должно производиться только в конце зарядки и обязательно при включенном зарядном токе (см. «Первая зарядка»).
1 Приведенные цифры соответствуют плотности электролита при температуре 15°. Температурная шкала всюду по Цельсию.
123
Для удобного и быстрого измерения плотности электролита применяют приборы, называемые кислотомерами. Кислотомер (рис. 73) представляет собой стеклянную трубку /, на верхний конец которой надета резиновая груша 2. Нижний конец кислотомера закрыт резиновой пробкой 3 с узенькой трубочкой 4. Внутри стеклянной трубки помещен ареометр 5, который имеет на утолщенной своей части небольшие стеклянные сосочки для предохранения его от прилипания к стенкам.
При измерении плотности электролита узенькую трубочку кислотомера погружают в электролит через отверстие в крышке аккумулятора и, пользуясь грушей, засасывают электролит в кислотомер. Ареометр при этом всплывает, и по его показаниям определяют плотность.
Плотность электролита в аккумуляторных батареях находится в прямой зависимости от того, какое количество активной массы пластин перешло в сернокислый свинец, и наоборот. Сле
Рис. 73. Определение степени зарядки батареи при помощи кислотомера:
1 — стеклянная трубка; 2 — резиновая груша; 3 — резиновая пробка; 4 — трубочка; 5 — ареометр
довательно, по плотности электролита, можно более точно судить о степени зарядки батареи, чем при испытании нагрузочной вилкой.
Кроме того, измерив плотность электролита и пользуясь кривыми (рис. 74), можно установить степень разрядки батареи.
Пример 1. Плотность электролита, измеренная у аккумуляторной батареи, работающей на машине зимой в местах с умеренным климатом, ока: залась равной 1,190. Необходимо определить, нисколько заряжена батарея.
Решение. Зная плотность электролита и условия, в которых работает батарея (умеренный климат, зимой), пользуясь кривой 77 (рис. 74), определяем, что плотности электролита 1,190 соответствует степень разрядки батареи па 76%.
Для правильного определения степени зарядки аккумуляторной батареи по плотности электролита нужно быть уверенным
124
в том, что в конце зарядки плотность электролита была доведена именно до той величины, на которую рассчитывают, кроме того, в том, что плотность электролита не подвергалась никаким изменениям путем, например, неправильного или несвоевременного доливания воды или электролита. В противном случае результаты измерений, будут неточные.
И Влияние температуры на плотность электролита. Большое значение для правильного определения степени зарядки аккумуляторной батареи имеет температура электролита, влияющая на его плотность.
-Рис. 74. Зависимость степени разрядки батареи от плотности электролита
Приведенные в табл. 9 и на кривых рис. 74 цифры плотности электролита заряженной и разряженной батареи справедливы при температуре электролита, равной 15°. Практикой установлено, что с повышением температуры плотность электролита уменьшается, а с понижением, наоборот, увеличивается: Так как стартерной батарее приходится работать в местах с температурой окружающего воздуха, значительно отличающейся в обе стороны от нормальной, то в этих случаях, естественно, и температура электролита будет иметь известные колебания. Поэтому, чтобы получить действительное представление о плотности электролита, его приводят
125
к температуре 15°. Для этого при температуре электролита выше 45° необходимо п р и б а в л я т ь к показаниям ареометра 0,0008 на каждый градус превышения температуры, а при температуре ниже 15°, наоборот, отнимать от показаний ареометра 0,0008 на каждый градус понижения температуры.
Рассмотрим несколько примеров приведения плотности электролита.
Пример 1. При температуре электролита 25° показания ареометра составляют 1,282. Требуется определить нормальную плотность.
Так как в данном случае действительная температура электролита отличается от нормальной на 10° (415° и +25°), а на каждый градус изменения температуры плотность меняется на 0,0008, то поправка будет составлять 0,0008-10 = 0,008. При повышении температуры плотность уменьшается; следовательно, вычисленную поправку необходимо прибавить к показанию ареометра. Плотность электролита при 15° будет составлять 1,282 -)- 0,008 = 1,290.
Пример 2. Плотность электролита в батарее при температуре —30° составляет 1,251. Необходимо узнать нормальную плотность.
Так как в данном случае действительная температура отличается от нормальной на 45° (+15° и —30°), а на каждый градус изменения температуры плотность меняется на 0,0008, то поправка будет составлять 0,0008 • 45 = 0,036, и ее нужно отнять от показания ареометра. Следовательно, плотность электролита при 15° будет составлять 1,251 —0,036 — 1,215.
Пример 3. Определить, насколько разряжена аккумуляторная батарея, если плотность электролита оказалась равной 1,124. Известно, что батарея работает летом в местах с жарким климатом и температура электролита в момент измерения плотности была равна 35°.
Прежде всего необходимо привести плотность электролита при температуре 35° к температуре 15°. Так как в данном случае температура электролита отличается от нормальной на 20° (35— 15°), то поправка будет составлять 0,0008-20 = 0,016, и ее необходимо прибавить к показаниям ареометра. Следовательно, плотность электролита при 15° будет равна 1,124 4-0,016= 1,140. По кривой IV рис. 74 устанавливаем, что при этой плотности аккумуляторная батарея разряжена на 72%.
•
Из приведенных примеров следует, что при измерении плотности электролита всегда необходимо измерять его температуру и результат измерения приводить к температуре 15°. В дальнейшем, за исключением особо оговоренных случаев, плотность электролита будет даваться при температуре 15°.
7.	ЕМКОСТЬ АККУМУЛЯТОРА
Наиболее важной величиной, характеризующей работоспособность стартерного аккумулятора (батареи), является его емкость.
Емкостью аккумулятора называется то количество электричества, которое можно получить от полностью заряженного аккумулятора при его разрядке до допустимого предела.
Единицей для измерения емкости служит ампер-час (а-ч).
Так как количество электричества, превращаемого в химическую энергию, пропорционально количеству активной массы, принимающей участие в химической реакции, то емкость аккумулятора будет тем большей, чем большее количество активной массы несут на себе решетки пластин аккумулятдра.
126
8.	ТИПЫ СТАРТЕРНЫХ БАТАРЕЙ
Стартерные аккумуляторные батареи делятся на соответствующие типы в зависимости от напряжения, емкости и материала бачков.
В табл. 10 приводятся наиболее распространенные типы стартерных батарей, изготовляемых отечественными аккумуляторными заводами.
Обозначение типов батарей отечественного производства расшифровывается следующим образом. Первая цифра (3 или 6) указывает на число аккумуляторов в батарее. Так как аккумуляторы соединены между собой последовательно, то, умножив число аккумуляторов на напряжение одного аккумулятора (в среднем 2 в), можно определить и напряжение всей батареи.
Буквы СТ указывают, что батарея — стартерного типа, т. е. от нее в короткий промежуток времени можно получить большой разрядный ток, необходимый для заводки двигателя при помощи стартера. Буква Э дает представление о материале бачков (эбонит). Если этой буквы нет, материалом служит пластмасса.
И, наконец, последнее число указывает емкость всей батареи в ампер-часах. В частности, обозначение 6-СТЭ-144 может быть расшифровано как батарея, состоящая из шести аккумуляторов стартерного типа с эбонитовыми бачками емкостью 144 а-ч.
Если в батарее .применены не деревянные сепа
раторы, а ИЗ другого ма- рис> Аккумуляторная батарея З-СТ-112 териала, то после цифры, указывающей емкость, ставится начальная буква материала сепаратора: «с» — стекловойлок, «м» — мипор. С сепараторами из мипора выпускаются только сухозаряженные батареи, поэтому буква «м» дает возможность отличить эти батареи от сухоразряженных.
На рис. 66 показан внешний вид аккумуляторной батареи З-СТ-80. Аккумуляторы этой батареи установлены в общий моноблок из пластмассы или эбонита, разделенный внутри перегородками на три отдельных сосуда.
Внешний вид батареи З-СТ-112 показан на рис. 75. Батарея З-СТ-112, так же как и предыдущая, имеет эбонитовый или пластмассовый моноблок, снабженный ручками для переноски. Помимо моноблока, аккумуляторные батареи З-СТ-112 могут выполняться в деревянном ящике, причем в этом случае бачки отдельных аккумуляторов делаются из эбонита.
На рис. 76 и 77 показан внешний вид батарей 6-СТЭ-128 и 6-СТЭ-140м. Аккумуляторы обеих батарей имеют эбонитовые бачки, установленные в общем деревянном ящике.
127
Таблица 10
Типы стартерных аккумуляторных батарей
Тип аккумуляторной батареи	Количество аккумуляторов в батарее	Напряжение батареи в в	Емкость батареи в а-ч	Материал сосудов	Марка машины, на которой установлена батарея
З-СТ-80	3	6	80	Пластмасса (моноблок)	ГАЗ-А ГАЗ-АА
З-СТЭ-80	3	6	80	Эбонит(моноблок)	
З-СТ-100	3	6	100	Пластмасса (моноблок)	М-1
З-СТЭ-100	3	6	100	Эбонит (моноблок)’	
З-СТ-112	3	6	112	Пластмасса (моно< блок)	
З-СТЭ-112	3	6	112	Эбонит (отдельные бачки установлены в общий деревянный ящик)	ЗИС-5
З-СТЭМ-112	3	6	112	Эбонит(моноблок)	ЗИС-101
З-СТ-128	3	6	128	Пластмасса (моноблок)	
З-СТЭ-128	3	6	128	Эбонит(моноблок)	Тракторы
З-СТ-142	3	6	142	Пластмасса (моноблок)	
З-СТЭА-150	3	6	150	Эбонит(моноблок)	ЗИС-110
6-СТЭА-50	6	12	50	Эбонит(моноблок)	ГАЗ М-20 „Победа"
б-СТЭ-128	6	12	128	Эбонит(отдельные бачки, установлены в общий ящик)	Тяжелые автобусы и троллейбусы
6-СТЭ-140	6	12	140	То же	
6 СТЭ-140м	6	12	140	То же (батарея су-хоза ряженная)	
6-СТЭ-144	6	12	144	Т о же	
128
Рис. 76. Аккумуляторная батарея 6-СТЭ-128
Рис. 77. Аккумуляторная батарея ‘ 6-СТЭ-140м (сухозаряженная)
9.	ПРИЧИНЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ЕМКОСТЬ СТАРТЕРНЫХ БАТАРЕЙ
Емкость стартерной аккумуляторной батареи определяет ее работоспособность. Чем больше емкость батареи, тем больший промежуток времени она может работать на машине без за-, рядки, а при пользовании стартером — обеспечивать для последнего большой разрядный ток.
9-569	129
Вместе с тем емкость любой, в том числе и стартерной, батареи не есть величина строго постоянная и может изменяться от ряда причин, на рассмотрении которых мы остановимся.
Влияние величины разрядного тока на емкость. Известно, что емкость батареи зависит от количества активной массы на пластинах. Эта емкость, указываемая заводом в характеристике батареи и приведенная в табл. 10, носит название гарантированной емкости, т. е. емкости, которую можно получить от батареи при разрядке ее током, соответствующим 20-часовому разрядному режиму.
Значение тока, соответствующего 20-часовому разрядному режиму, может быть получено от деления гарантированной емкости батареи на 20. Так, например, от аккумуляторной батареи 6-СТЭ-144 можно получить гарантирован-' ную заводом емкость 144 а-ч, если ее разрядка будет производиться током,' не превышающим
Если при работе батареи разрядный ток будет больше тока 20-часового разрядного режима (что в практике бывает очень часто), то емкость в а-ч в пределах допустимой разрядки будет меньше емкости, гарантированной заводом, несмотря на то что состояние активной массы пластин хорошее и предварительная зарядка батареи произведена правильно.
Картину уменьшения гарантированной емкости для стартерных батарей с увеличением разрядного тока дает табл. 11.
Таблица 11
Влияние величины разрядного тока на емкость стартерных аккумуляторных батарей
Продолжительность разрядки в часах	3-CT-80		З-СТ-112		6-СТЭ-128		6-СТЭ-144		Конечное (пре-. дельное) напряжение аккумулятора при включенной нагрузке
	I разрядный | ток в а	О ? S а	разрядный ток в а	а © а» а	разрядный ток в а	емкость в а-ч	разрядный ток в а	ОАКОСТЪ в а-ч	
20	4,0	80,0	5,6	112,0	6,4	128,0	72	144,0	1,75
10	7,25	72,5	9,8	98,0	10,6	106,0	12,6	126,0	1,70 ’
3	18,0	54,0	25,2	75,6	28,8	86,4	32,4	97,2	1,65
1	39,5	39,5	55,3	55,3	63,0	63,0	71,1	71,1	1,60
0,5	67,0	33,5	98,0	46,5	106,0	53,0	119,0	59,5	1,55
0,12	200,0	16,6	280,0	26,0	360,0	30,0.	400,0	33,3	1,50
Как видно из табл. И, емкость, например, батареи 6-СТЭ-144 уменьшается с 144 а-ч при разрядке ее током 7,2 а до 33,3 а-ч, если батарею разряжать током 400 а.	\
130
•Уменьшение емкости батареи при увеличении разрядного тока объясняется следующим образом.
При разрядке батареи током, не превышающим тока 20-часового режима, химическая реакция протекает сравнительно медленно, а поэтому участие в ней принимает активная масса не только на поверхности, но и в глубине пластин, так как доступ кислоты по порам в толщу пластин ничем не затруднен. При этом использование активной массы будет полное, а емкость — наибольшей.
JB тех же случаях, когда разрядка производится большими токами, химические реакции протекают весьма бурно. Поэтому образующийся на поверхностном слое пластин сульфат (PbSO4), который к тому же имеет больший объем, чем активная масса, из которой он образовался, закрывает поры активной массы и доступ кислоты к активной массе, находящейся в глубине пластин, становится недостаточным.
Вследствие этого напряжение батареи понижается в такой степени, что дальнейшее продолжение разрядки оказывается практически нецелесообразным. Таким образом, при большом разрядном • токе в химическую реакцию вступает главным образом поверхностный слой активной массы пластин, доступ кислоты к которому ничем не ограничен.
Влияние температуры электролита на емкость. Кроме большого разрядного тока, на изменение емкости совершенно исправной батареи в значительной степени оказывает влияние температура электролита. Установлено, что при изменении температуры электролита на 1° емкость батареи изменяется примерно на 1%. При увеличении температуры емкость увеличивается, а при уменьшении уменьшается. Исходной температурой следует считать 30э
Причиной изменения емкости в этом случае является изменение вязкости электролита. При понижении температуры вязкость электролита возрастает и препятствует его свободному прониканию в толщу пластин, вследствие чего доступ кислоты к активной массе в толще пластин затрудняется. Наоборот, при повышении температуры вязкость электролита становится меньше и он легче проникает в поры пластин.
Таким образом, даже при исправной аккумуляторной батарее в силу указанных выше причин емкость батареи, а следовательно, и количество отдаваемой ею электроэнергии уменьшается. Однако емкость снова достигает величины, гарантированной заводом, если батарею разряжать небольшим током или при температуре, близкой к нормальной.
Понижение емкости в результате неправильной эксплоатации. Понижение гарантированной емкости батареи может быть вызвано также неправильной эксплоатацией, причем в этом случае
1 Изменение емкости на 1% справедливо только при температуре, близ^ кой к 30°. При 'значительных отклонениях от этой температуры изменение емкости может доходить до 3% на 1°.
9*
восстановить емкость или вообще не удается, или ее восстановление связано с капитальным ремонтом батареи.
К причинам, вызывающим указанное понижение емкости, нужно отнести прежде всего сульфатацию пластин (см. раздел 11), при которой часть сернокислого свинца, образовавшегося при разрядке из активной массы, переходит в крупнокристаллический сернокислый свинец, не поддающийся при зарядке разложению. Кроме того, понижение емкости происходит вследствие выкрашивания активной массы, которое происходит в результате коротких замыканий, резких ударов и т. д.
10.	САМОРАЗРЯД СТАРТЕРНЫХ БАТАРЕЙ
Если заряженную и вполне исправную стартерную батарею оставить на некоторое время в спокойном состоянии при разомкнутой внешней цепи, то окажется, что батарея непрерывно разряжается и через 100—180. дней может стать полностью разряженной.
Это явление носит название саморазряда аккумуляторной батареи.
В практике известен нормальный (допускаемый техническими нормами) и повышенный саморазряд.
Основными причинами, вызывающими нормальный саморазряд, являются:
1.	Примеси посторонних веществ, имеющихся в материалах, из которых изготовлен аккумулятор.
2.	Утечка электрического тока по тонкой пленке электролита, покрывающей внутренние стенки бачка и крышки аккумулятора.
.3. «Уравнительные» токи, появляющиеся в аккумуляторах батареи, находящейся в покое. Возникают они потому, что серная кислота электролита как более тяжелая опускается постепенно на дно бачка, в результате чего нижняя часть пластин будет соприкасаться с электролитом большей плотности, чем верхняя. Благодаря разной плотности электролита различные по высоте точки пластин будут иметь различные э. д. с., которые и вызовут появление разрядных токов.
Величина нормального саморазряда для новых стартерных батарей  колеблется в пределах 1—0,5% в сутки.
Гораздо большую опасность представляет повышенный саморазряд, зависящий исключительно от условий эксплоа-тации батареи.
Основной причиной, вызывающей повышенный саморазряд, является загрязнение электролита посторонними веществами вследствие применения загрязненной (не химически чистой) серной кислоты, водопроводной или. речной воды вместо де-стиллированной, а также попадание в электролит окислов меди с зажимов и т. д. При этом попавшие в электролит, а следовательно, и на пластины различные металлы или их соли, образуют на пластинах аккумулятора местные «паразй^ 132
ные» элементы, непрерывно разряжающие аккумуляторную батарею.
Второй не менее существенной причиной повышенного саморазряда является электролит, пролитый на поверхность изоляционной мастики. Пролитый электролит заполняет мелкие шероховатости и трещинки на изоляционной мастике, пропитывает деревянный ящик батареи и, являясь хорошим проводником, создает большое количество токопроводящих участков, вызывающих повышенный саморазряд не
Рис. 78. Определение утечки тока по поверхности аккумуляторной батареи
только отдельных ак-
кумуляторов, но и всей батареи. Утечку тока по таким поверхностям легко обнаружить при помощи чувствительного переносного вольтметра (рис. 78). Если нормальный саморазряд батарей не превышает обычно 0,5%, то повышенный саморазряд может, как показали опыты, довести общий саморазряд до 5% в сутки.
11.	СУЛЬФАТАЦИЯ /
При разрядке аккумулятора (батареи) перекись свинца положительной пластины и губчатый свинец отрицательной постепенно переходят в сернокислый свинец, называемый сульфатом. Так как практически аккумуляторные батареи никогда не разряжаются до нуля, а лишь до определенной величины, соответствующей напряжению 1,7 в на аккумулятор (при токе 10-часового разрядного режима) и плотности электролита 1,160 (или ей соответствующей при работе батареи в других климатических условиях), то активная масса обеих пластин не полностью перейдет в сернокислый свинец. Иначе говоря, на каждой пластине образуется сернокислый свинец, который в виде мелких кристалликов равномерно^ распределяется между частичками оставшейся активной массы. Если такую аккумуляторную батарею поставить на зарядку, то под действием электрического тока сернокислый свинец полностью перейдет в основные соединения, Т- е. в перекись свинца на положительной пластине и в губчатый
133
свинец на отрицательной. Одновременно в электролит выделяется серная кислота.
Таким образом, образование сернокислого свинца (сульфата} как на поверхности, так и в толще пластин является естественной частью химических процессов, происходящих при разрядке. При этом благодаря мелкокристаллической структуре сернокислого свинца при последующей зарядке он легко переводится в перекись свинца и губчатый свинец, и работа аккумуляторной батареи протекает нормально.
Однако картина резко изменится, если в силу тех или иных причин мелкокристаллический сернокислый свинец перейдет; в крупнокристаллический. Это может произойти, например, если* разряженную аккумуляторную батарею оставить на несколько' дней без зарядки. Дело в том, что растворимость сернокислого свинца сильно зависит от температуры электролита: при повышении температуры окружающего воздуха, а следовательно, ® электролита количество растворенных кристалликов будет уве-< личиваться; при понижении же температуры электролита, на-1' оборот, растворившийся сернокислый свинец будет выпадать на пластинах в виде кристаллов, образующих постепенно слой крупнокристаллического сульфата.
Описанное явление, т. е. перекристаллизация мелких частичек сернокислого свинца в более крупные, и носит название сульфатации пластин.
При зарядке такой аккумуляторной батареи окажется, что крупнокристаллический сернокислый свинец очень трудно переводится в перекись, свинца и губчатый свинец, из которых он образовался, а иногда, при очень сильной сульфатации, это вообще невозможно.
Практически это означает, что в заряженной батарее на пластинах наряду с перекисью свинца и губчатым свинцом будет находиться какое-то количество крупнокристаллического сернокислого свинца, не принимающего участия в химической реакции.
Так как крупнокристаллический сернокислый свинец образуется из активной массы пластин, то очевидно, что количество действующей активной массы на пластинах от этого уменьшится, а следовательно, уменьшится и емкость аккумуляторной батареи. Помимо этого, при сульфатации происходит расширение активной массы пластин, так как сернокислый свинец занимает больший объем, чем активная масса, из которой он образовался. Возникающие при этом механические усилия при значительной сульфатации разрушают не только активную массу, но нередко даже и свинцовые решетки пластин.
Практически сульфатация пластин происходит в результате: 1) систематической недозарядки аккумуляторной батареи; 2) понижения уровня электролита ниже верхней кромки пластин, при котором сульфатируются оголенные части пластин; 3) применения более высокой плотности электролита, чем .это необходимо для
134
данных климатических условий (см. табл. 9); 4) систематического оставления аккумуляторной батареи в разряженном состоянии без зарядки; 5) разрядки батареи ниже допустимого предела; 6) чрезмерно большого саморазряда батареи.
Из сказанного следует, что сульфатация является весьма серьезной болезнью стартерных батарей, приводящей к уменьшению емкости и разрушению активной массы пластин. Поэтому при эксплоатации все внимание должно быть обращено на создание таких условий для работы батареи, при которых возникновение сульфатации было бы исключено. Для этого должны неуклонно выполняться правила ухода за батареей (см. раздел 15).
Наличие сульфатации батареи может быть установлено по следующим признакам:	,	*
1.	Заряженная батарея очень быстро разряжается. Стартер, включенный на полностью заряженную аккумуляторную батарею, плохо «тянет» или вовсе не проворачивает коленчатый вал двигателя, несмотря на то, что самый стартер и вся проводка к нему находятся в полной исправности. Происходит это вследствие уменьшения емкости и увеличения внутреннего сопротивления батареи, так как сульфат обладает большим сопротивлением, чем активная масса.	v
2.	Ненормально высокое напряжение в начале зарядки, доходящее до 2,5 в, которое в процессе зарядки повышается лишь на ’незначительную величину.	'
3.	Плотность электролита в процессе зарядки или совсем не повышается или повышается очень мало. При этом очень рано наступает газовыделение. Объясняется это тем, что зарядный ток не в состоянии перевести крупнокристаллический сульфат в полезную активную массу и затрачивается на разложение воды.
4.	Ненормальный цвет пластин. По этому признаку наличие сульфатации может быть установлено только в том случае, если пластины извлечены из бачков. Так, признаком сульфатации отрицательной пластины будут служить белые пятна или сплошной белый налет, покрывающий пластину, а поверхность ее при пробе наощупь имеет песочное строение. На положительной пластине активная масса в местах, пораженных сульфатацией, из темнокоричневого цвета перейдет в светлокоричневый, а при очень сильной сульфатации возможно образование белой корки.
12.	ПРИГОТОВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЛИТА
Необходимость в приготовлении электролита может встретиться как при заливке новой аккумуляторной батареи, впервые подготовляемой к зарядке, так и в случае доливки отдельных аккумуляторов батареи, если по каким-либо причинам электролит из них был пролит.
Электролит приготовляется из воды и серной кислоты. Должна применяться только аккумуляторная серная кислота (удельный вес 1,83—1Д4)1. Применение желтой по цвету или черной серной кислоты совершенно недопустимо, так как находящиеся в такой кислоте вредные примеси (хлор, мышьяк, железо, азотистые вещества и т. п.) могут быстро привести к разрушению пластин батареи. Для приготовления электролита нужно брать только дестиЛлированную воду, заменяя ее в случае отсут-
1 Серная кислота аккумуляторная, ОСТ 667—41.
135
ствйя дождевой (снеговой) водой, но ни в коем случае нельзя брать воду из водопровода или колодца.
Электролит приготовляется следующим образом.
В стеклянный или фарфоровый сосуд наливается необходимое количество дестиллированной воды; затем в нее вливается тонкой струйкой серная кислота; при этом смесь необходим# все время перемешивать стеклянной палочкой. Нельзя вливатй* в серную кислоту воду, так как серная кислота в этом случай может брызнуть в лицо и причинить ожоги.
В процессе подливания в воду серной кислоты в сосуд опускается ареометр, и, как только он покажет необходимую плот-! ность электролита, вливание серной кислоты прекращается.
При смешивании серной кислоты с водой выделяется большое количество тепла, поэтому электролиту дают остыть настолько, чтобы температура его не превышала 25—30°, при которой еще раз проверяют плотность ареометром.
Для ориентировки отметим, что для приготовления электролита плотностью 1,120 на литр дестиллированной воды нужно взять 289 г (157 см3) серной кислоты.
13.	ЗАРЯДКА СТАРТЕРНЫХ БАТАРЕЙ НА ЗАРЯДНОЙ СТАНЦИИ
Зарядка стартерных батарей на зарядной станции производится в случае приведения в рабочее состояние новых батарей, полученных со склада и еще не бывших в эксплоатации. Кроме того, на зарядной станции производится обычная зарядка батарей, бывших в эксплоатации.
Приведение в рабочее состояние сухоразряженных батарей. Приведение батареи в рабочее состояние складывается из заполнения ее аккумуляторов электролитом и проведения 2—3 зарядно-разрядных циклов. Правильное приведение батареи в рабочее состояние имеет решающее значение для полноценной и длительной работы батареи. Поэтому соблюдение приводимых ниже правил обязательно.
Перед зарядкой аккумуляторной батареи ее аккумуляторы должны быть прежде всего заполнены электролитом.
Для сухоразряженных аккумуляторных батарей отечественного производства, выпускаемых с полностью разряженными пластинами, плотность электролита должна быть 1,420, а для батарей с частично разряженными* пластинами— 1,280 !.
Приготовленный электролит должен быть охлажден до температуры, не превышающей 25—30°, после чего он осторожно, деерез стеклянную или, фарфоровую воронку заливается в аккумуляторы батареи.
По окончании заливки дают батарее постоять 4—6 часов, чтобы электролит впитался в пластины, и проверяют его уровень.
1 Плотность заливаемого электролита может изменяться, если завод-изготовитель изменил рецептуру активной массы пластин. Поэтому в каждо^ случае необходимо ознакомиться с заводской инструкцией.
136
Уровень электролита должен быть на 12—15 мм выше верхней кромки пластин. У батарей, имеющих над пластинами предохранительный щиток, уровень электролита должен быть выше щитка на 5—7 мм.
Если уровень электролита в большинстве аккумуляторов батареи окажется ниже указанных пределов, необходимо долить электролит прежней плотности. Если же понижение уровня будет наблюдаться только в отдельных аккумуляторах, они доливаются дестиллированной водой. х
По окончании доливки положительный и отрицательный полюсы батареи присоединяются соответственно к положительному
Рис. 79. Схема включения аккумуляторных батарей на зарядку
и отрицательному зажимам зарядного приспособления (рис. 79); пробки из крышек вывертывают, и батарею включают на зарядку.
Зарядку новой батареи нужно начинать током, соответствующим первой ступени режима первой зарядки, которая в зависимости от типа заряжаемой батареи определяется по табл. 12. Продолжать зарядку этим током следует до тех пор, пока в электролите не будут замечены признаки газовыделения («кипения»), а напряжение на зажимах большинства аккумуляторов батареи не достигнет 2,4 в. Измерять йапряжение следует при включенном зарядном токе.	f
По достижении этого напряжения следует уменьшить зарядный ток до второй ступени первой зарядки и продолжать зарядку этим током до тех пор, пока не будут обнаружены признаки окончания зарядки.
137
Признаки эти следующие:
1.	Во всех банках наблюдается обильное газов ы деление (кипение), указывающее на то, что химическая реакция
Таблица 12
Зарядный ток в зависимости от типа батареи и применяемого режима зарядки
Тип батареи	Зарядный ток, а						Разрядный ток при проведении контрольнотренировочного цикла или после зарядки новой батареи
	режим первой зарядки •		режим второй зарядки		режим контрольно-тренировочного цикла		
	первая ступень	вторая ступень ।	первая ! ступень	вторая ступень	первая ступень	вторая ступень	
З-СТЭА-65	4	2,0	8	4	4,0	2,0	5,0
З-СТ-80	| З-СТЭ-80	J	5	2,5	10	5	7,5	2,5	7,25
З-СТ-100	1 З-СТЭ-100 J	б	3,0	12	.6	9,0	3,0	8,6
З-СТ-112	7	3,5	14	7	10,5	3,5	10,1
3-СТЭ112 1 З-СТЭхМ-112 J	7	3,5	14	7	10,5	3,5	10,1
З-СТ-128	1 З-СТЭ-128 J	8	4,0	16	8	12,0	4,0	и,о
З-СТ-142	9	4,5	18	9	13,5	4,5	12,3
З-СТЭА-150	10	5,0	20	10	10,0	5,0	12,5
6-СТЭА-50	3	1,5	б	3	3,0	1,5	4,0
б-СТЭ-123	8	4,0	16	8	12,0	4,0	11,0
б-СТЭ-140	10	5,0	20	10	14,0	5,0	12,6
6-СТЭ-144	9	4,5	18	9	13,5	4,5	12,6
в батарее закончилась и проходящий через батарею ток разлагает воду на водород и кислород, которые, выделяясь в виде пузырьков газа, приводят электролит в состояние кипения.
2.	Напряжение на зажимах каждого аккумулятора достигло наибольшей величины и б о л ь ш е не повышается. Наибольшая величина, до которой обычно поднимается напряжение (измеренное под током), составляет 2,7 в. Следовательно, признаком окончания зарядки следует считать не абсолютную величину напряжения (которая в отдельных случаях может быть и ниже 2,7 в), а то обстоятельство, что напряжение, достигнув этой величины, уже больше не повышается.
138
3.	Плотность электролита достигла наибольшей величины и больше не повышается. Процесс зарядки заключается в разложении под действием зарядного тока сернокислого свинца и переходе его в перекись свинца,^ губчатый свинец с одновременным выделением в электролит серной кислоты, отчего плотность электролита постепенно увеличивается. Когда весь сернокислый свинец будет разложен и на пластинах будут только перекись свинца и губчатый свинец, плотность электро-лита перестанет повышаться, что и будет являться сигналом окончания зарядки.	4
Когда все три признака будут налицо, батарее дают перезарядку еще в течение 2 часов с целью лучшего определения наличия признаков, окончания зарядки. После этого выключают зарядный ток, закрывают отверстия банок пробками, Удаляют следы электролита с крышек и поверхности изоляционной мастики тряпочкой, смоченной в 10% растворе нашатырного спирта, и вытирают батарею насухо.	\
В процессе зарядки батареи следует измерять температуру электролита и, если она поднимается выше 45°, зарядку надо прекратить и дать электролиту остыть.
Нужно помнить, что активная масса новой аккумуляторной батареи в зависимости от срока хранения может быть сильно сульфатированной и окисленной, а поэтому продолжительность первой зарядки колеблется обычно в пределах 35—75 часов.
Кроме того, гарантированная заводом емкость будет приобретена батареей не сразу, а после двух-трех циклов, т. е. зарядок и разрядок. Поэтому для достижения батаре'ей гарантированной емкости после первой зарядки необходимо батарею разрядить и затем зарядить снова.
Разрядку аккумуляторной батареи сразу же после первой зарядки следует производить на проволочный реостат током, приведенным в последней графе табл. 12 в зависимости от типа батареи. Батарея считается разряженной, когда напряжение одного из аккумуляторов батареи станет равным 1,7 в.
Вторая зарядка должна быть выполнена после, первой разрядки возможно скорее, но не позднее чем через сутки. Она может производиться уже током, соответствующим режиму второй зарядки, приводимой в табл. 12.
Очень часто в конце второй зарядки батареи плотность электролита не достигает величины, которая доджна быть установлена для батареи в зависимости от климатических условий (*см. табл. 9). В этом случае она создается искусственно, для чего, не выключая батареи из зарядной цепи, резиновой грушей отсасывают электролит почти до кромки пластин и затем доливают до прежнего уровня дестиллированной воды или специально приготовленного электролита плотностью 1,385 (15°). Так, например, при плотности электролита в аккумуляторах выше нормальной (для данных климатических условий) добавляют дестиллированную воду, а при плотности ниже нор
139
мальвой — специально приготовленный электролит плотностью 1,385 (15°) и продолжают зарядку током, соответствующим второй ступени, еще в течение часа (для лучшего перемешивания электролита).
Если окажется, что и после этого не будет достигнута желаемая плотность электролита, необходимо вновь отсосать электролит, долить воды или электролита плотностью 1,385 (15°) и продолжать зарядку тем же током. Подобные операции необходимо производить до тех пор, пока во всех аккумуляторах не будет получена желаемая плотность электролита.
Батарея считается только тогда годной для сдачи ее в эксплоатацию, когда после первых двух зарядок и разрядок отданная батареей емкость будет не меньше 90% от гарантированной. Определение отданной емкости производится при разрядке путем перемножения разрядного тока в амперах на время разрядки (до напряжения 1,7 в на аккумулятор), выраженное в часах.
, Если же окажется, что и после второй разрядки отданная емкость будет ниже 90% гарантированной, производят третью зарядку и разрядку и снова определяют емкость. Если и она не даст желаемых результатов, составляется акт-рекламация, который отсылается на завод-изготовитель.
Батарея, признанная после разрядки годной для работы, вновь заряжается, плотность электролита в конце зарядки доводится до необходимой для данных климатических условий, поверхность изоляционной мастики протирается насухо, и батарея-сдается в эксплоатацию.
Приведение в рабочее состояние сухозаряженных батарей.
Перед заполнением аккумуляторов батареи электролитом предварительно вывинчиваются пробки, а вентиляционные отверстия вскрываются путем просверливания или прокалывания пленки,‘'окрашенной в красный цвет. Диаметр вентиляционного отверстия 2 мм.
Аккумуляторы подготовленной таким образом батареи заполняются электролитом плотностью 1,280, после чего батарея оставляется на 2—3 часа в спокойном состоянии для пропитки пластин. К концу третьего часа необходимо проверить и откоррею тировать уровень электролита. Одновременно проверяется температура электролита, которая к началу зарядки не должна быть выше 30—35°.
Зарядка батареи (6-СТЭ-140м) производится током в 12 а в течение 3—5 часов. По прошествии 3—5 часов зарядный ток выключается, заливочные отверстия элементов закрываются пробками, поверхность крышек и ящика вытирается тряпочкой, смоченной в 10% растворе нашатырного спирта, после чего насухо протирается, и, батарея сдается в эксплоатацию.
В особых случаях, при необходимости очень быстрого приведения батареи в рабочее состояние, можно сдавать батарею
140
в эксплоатацию без зарядки, т. е. сразу после заливки ее аккумуляторов электролитом и 2—3-часовой пропитки.
В дальнейшем эксплоатация батареи производится с соблюдением тех же правил, которые установлены для сухоразряженных батарей. В частности, все последующие зарядки ее на зарядной станции выполняются в соответствии с правилами для батарей, бывших в эксплоатации.
, Обычная зарядка. Обычной зарядкой называется зарядка, которую проходит на зарядной станции аккумуляторная батарея, уже бывшая в эксплоатации.
Предназначенная к зарядке батарея вытирается сухой тряпкой; с зажимов удаляются окислы, и отдельные аккумуляторы проверяются вольтметром на отсутствие коротких замыканий между пластинами. Проверки требует также it уровень электролита. В случае его понижения соответствующие аккумуляторы должны быть долиты дестиллированной водой.
Зарядка аккумуляторной батареи, бывшей в эксплоатации, может быть выполнена несколькими способами, причем выбор способа зарядки определяется мощностью зарядных агрегатов зарядной станции и температурой окружающего воздуха.
Рассмотрим возможные способы зарядки.
Режим первой зарядки. В этом случае зарядка батареи и выбор зарядного тока производятся так же, как и при зарядке новой батареи, описанием которой и надлежит пользоваться. Этот способ применяется тогда, когда нет зарядных средств для второй зарядки или когда окружающий воздух имеет высокую температуру.
Режим второй зарядки. Этот режим является наиболее распространенным. Зарядка начинается током первой ступени режима второй зарядки (см. табл. 12) и продолжается до тех пор, пока напряжение на зажимах большинства аккумуляторов не достигнет 2,4 в. После этого зарядный ток снижают до значения, соответствующего второй ступени данного режима, и продолжают зарядку до тех пор, пока не будут обнаружены признаки окончания зарядки. Если в конце зарядки плотность электролита в аккумуляторах окажется различной, ее следует уравнять, не выключая зарядного тока.
Режим постоянного зарядного тока. Для зарядки батареи этим способом зарядный ток принимается равным току второй ступени режима второй зарядки (табл. 12). В процессе зарядки зарядный ток должен поддерживаться постоянным вплоть до обнаружения признаков конца зарядки, после чего она считается законченной.
Независимо от применяемого способа зарядки она должна прекращаться, если температура электролита достигла 45°. Продолжать зарядку дальше можно только после охлаждения электролита.
141
14.	контрольно-тренировочный цикл
Контрольно-тренировочный цикл должна проходить каждая стартерная батарея через каждые 3 месяца работы на машине.
Проведением контрольно-тренировочного цикла достигается:
1.	Разработка активной массы в глубине пластин, что бывает необходимо как для новой батареи в первые месяцы ее работы, так и для батареи, бывшей в длительной эксплоатации. Контрольно-тренировочный цикл способствует превращению сульфата, образовавшегося от неполноты предыдущих зарядок, в активную массу, вследствие чего емкость батареи повышается.
2.	Перезарядка батареи, при которой отдельные «отстающие» аккумуляторы могут быть выявлены и сравнены в своих показателях с остальными аккумуляторами батареи.
Контрольно-тренировочный цикл производится следующим образом.
Батарею начинают заряжать током, соответствующим первой ступени контрольно-тренировочного цикла (табл. 12), и продолжают зарядку до тех пор, пока плотность электролита во всех аккумуляторах не перестанет повышаться. Это проверяется в течение 4 часов при включенном зарядном токе, причем измерения плотности делаются через каждый час. Достигнув постоянства плотности, зарядный ток выключают и дают батарее постоять 1 час.
После перерыва снова включают зарядный ток, но уже соответствующий второй ступени, и заряжают 2 часа подряд, после чего снова делают перерыв на 1 час. После перерыва опять включают батарею на зарядку. При этом, если во всех аккумуляторах не позже чем через 2 минуты после включения тока наблюдается обильное газовыделение, перезарядку батареи на этом заканчивают.
Уровень и плотность электролита проверяется так же, как и при обычной зарядке.
«Отстающие» аккумуляторы определяются по следующим признакам:
1)	преждевременное по сравнению с другими аккумуляторами газовыделение;
2)	напряжение при зарядке держится более низкое, чем в других аккумуляторах;
3)	повышенная температура электролита, причем плотность его не достигает нормальной величины даже при перезарядке;
4)	быстрое понижение напряжения до конечного (1,7 в) при разрядке.
После зарядки по методу контрольно-тренировочного цикла батарею разряжают чоком, приведенным в последней графе табл. 12, и при этом определяют отданную батареей емкость.
Емкость аккумуляторной батареи, определенная при разрядке, должна быть не меньше 100% от- гарантированной. 142
g противном случае весь контрольно-тренировочный цикл повторяется . снова. Для аккумуляторных батарей, находившихся в эксплоатации свыше 3 лет, действительна емкость должна быть не ниже 80—90% от гарантированной.
Отстающие аккумуляторы после зарядки, следующей за разрядкой, должны быть перезаряжены отдельно от остальных аккумуляторов. Провода от зарядного приспособления присоединяются в этом случае к полюсным отросткам отстающего аккумулятора.
После проведения контрольно-тренировочного цикла батарея заряжается обычным способом и после часового перерыва перезаряжается током второй ступени в течение 2 часов подряд. По окончании перезарядки батарея сдается в эксплоатацию.
15.	УХОД ЗА СТАРТЕРНЫМИ АККУМУЛЯТОРНЫМИ БАТАРЕЯМИ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛОАТАЦИИ
Уход за стартерной аккумуляторной батареей, находящейся в эксплоатации, в общем несложен, но требует обязательного и, главное, тщательного выполнения следующих основных требований:
1.	Ни при каких условиях не следует оставлять разряженную аккумуляторную батарею без зарядки свыше 24 часов во избежание сульфатации пластин. Если на машине работает несколько соединенных между собой батарей, они должны отправляться на зарядку
допуская больше
летом и Степень
одновременно.
2.	Необходимо держать аккумуляторные батареи на машине в полностью заряженном состоянии, не разрядки их чем на 50 % 25 % зимой,
зарядки проверять пу-. тем измерения плотно-сти'электролита. Разряженную батарею заряжать на зарядной станции. При длительной стоянке работы снимать ^яжать станции, чае не
Рис. 80. Определение уровня электролита в аккумуляторах батареи
машины без раз в месяц батареи и за-на зарядной Ни в коем слу-допускать длительной стоянки маши-НЫ с полузаряженной аккумуляторной батареей.
143
3.	Не допускать понижения уровня электролита ниже нор-мального. Нормальный уровень электролита в стартерной батарее должен поддерживаться на 12—15 мм выше верхней кромки пластин. У батарей, имеющих над пластинами предохранительный щиток, уровень электролита должен быть выше щитка на 5—7 мм.
Для проверки уровня электролита применяется стеклянная трубочка. Трубочка одним концом опускается в заливочное отверстие аккумулятора (рис. 80) до упора в пластины (щиток),: после чего верхний конец ее зажимается пальцем и трубочка вынимается. По высоте электролита, находящегося в трубочке,, судят об уровне электролита в аккумуляторе.
Уровень электролита обычно проверяется ежемесячно. Через каждые 15 дней уровень электролита проверяется в жаркое время года, а также в том случае, когда батарея работает с трехщеточным генератором.
Если понижение уровня электролита не будет своевременно замечено и он не будет восстановлен, то выступающие из электролита верхние части пластин будут быстро сульфатироваться, что приведет к уменьшению емкости батареи.
Понижение уровня электролита может произойти главным' образом вследствие испарения воды из электролита, а иногда
Рис. 81. Доливка воды в батарею, имеющую фасонную крышку:
1 — вывинтить пробку; 2 — одеть пробку на вентиляционное отверстие; 3 — долить дестил-лированиой воды; 4 — ввинтить пробку в заливочное отверстие
и его случайного выплескивания. В первом случае уровень электролита должен быть восстановлен доливанием в аккумуляторы дестиллированной воды. Если же понижение уровня электролита произошло вследствие выплескивания, аккумуляторы надлежит долить специально приготовленным электролитом той же плотности, какая окажется в аккумуляторах при доливке.
В аккумуляторных батареях, имеющих фасонные крышки с дополнительным вентиляционным отверстием, при доливке нет необходимости измерять уровень электролита. Последовательность действий по доливке воды в эти батареи приведена на рис. 81.
144
Если же причину понижения уровня электролита установить не удастся, аккумуляторные батареи следует долить дестилли-рованной водой, а батарею зарядить на зарядной станции согласно правилам, указанным в разделе «Обычная зарядка».
В конце зарядки, .когда влотность электролита перестанет повышаться, ее следует проверить и в случае расхождения с допустимой для данных климатических условий довести до необходимой путем добавления дестиллированной воды или электролита плотностью 1,385 (15°).	\
4.	Нельзя допускать коротких замываний батареи, так как большой разрядный ток может вызвать коробление пластин и выкрашивание активной массы. Во избежание коротких замыканий необходимо при всяком ремонте проводки или переключении проводов на машине обязательно выключать выключатель массы, а при его отсутствии отъединять провод, идущий от зажима батареи на массу.
Точно так же совершенно необходимо отказаться от недопустимого, но, к сожалению, чрезвычайно распространенного способа «испытания» батареи на «искру» путем замыкания куском провода зажимов батареи, так как результаты такого испытания весьма сомнительны, а батарее, несомненно, наносится большой вред.
5.	Нельзя допускать выплескивания электролита из аккумуляторов батареи. Для этого пробки должны быть плотно ввинчены, а газоотводные отверстия в них прочищены. Вывертывать пробки можно только при проверке плотнос*ги и уровня электролита и при зарядке батареи на зарядной станции.
Пролитый электролит во избежание повышенного саморазряда удаляется тряпочкой, смоченной в десятипроцентном растворе нашатырного спирта, а поверхность протирается чистой сухой тряпочкой. Во избежание повышенного саморазряда нельзя допускать образования трещин на изоляционной мастике, в которые мог бы попасть электролит, а всякую появившуюся трещину необходимо заливать расплавленной мастикой или заделывать нагретой железной лопаткой. Точно так же недопустимо попадание электролита на деревянный ящик батареи.
6.	Необходимо предохранять электролит от загрязнения посторонними примесями, увеличивающими самозаряд батареи и приводящими к разрушению активной массы пластин.
7.	Необходимо предохранять зажимы батарей от окисления, для чего зажимы и присоединенные к ним наконечники проводов после соединения следует смазывать снаружи техническим -вазелином. Перед соединением наконечники проводов и зажимы Должны быть тщательно зачищены и затем плотно стянуты винтами (болтами).
8.	Во избежание замерзания электролита и последующих за ним разрывов бачков при работе батареи в зимних условиях необходимо всегда держать батарею полностью заряженной, так как электролит плотностью 1,290 (15°) замерзает при тем пер ату-
Ю-569	145
ре — 74°, в то время как электролит плотностью 1,160 (15°) замерзает при температуре— 16°.
9.	Нельзя подвергать батарею резким ударам, при которых возможны выкрашивание активной массы и порча пластин. С этой же целью батарея после установки на машине должна прочно закрепляться в своем гнезде.
10.	Нельзя пользоваться открытым огнем при работе у батареи, так как выделяющийся из электролита водород в смеси с кислородом воздуха образует гремучий газ, легко взрывающийся от огня. Осмотр батареи можно производить, пользуясь только переноснор! лампочкой с исправным патроном и проводами.
16.	ХРАНЕНИЕ СТАРТЕРНЫХ БАТАРЕЙ
Стартерные батареи, снятые на неопределенный срок с колесной или гусеничной машины, хранятся в заряженном виде с электролитом.
Батарею, предназначенную для хранения в заряженном виде с электролитом, предварительно заряжают по правилам, указанным в разделе «Обычная зарядка». Затем ввертывают пробки всех аккумуляторов и тщательно вытирают чистой сухой тряпочкой поверхность изоляционной мастики, чтобы удалить с нее следы серной кислоты и тем самым уменьшить саморазряд при хранении.
Трещины, обнаруженные в изоляционной мастике, должны быть заделаны горячим способом перед зарядкой батареи. Тщательному осмотру долженг^ыть подвергнут ящик батареи. Он должен быть сухим и без следов электролита в толще дерева, так как в противном случае возможны значительные утечки тока и, следовательно, повышенный саморазряд батареи.
Перед сдачей батареи на хранение необходимо очистить все ее металлические части от окислов и смазать техническим вазелином.
Заряженная батарея должна храниться в сухом вентилируемом помещении, температура которого в зимнее время не должна быть ниже 2° и выше 15°. Находящуюся на хранении батарею необходимо ежемесячно заряжать согласно правилам, указанным в разделе «Обычная зарядка», чтобы компенсировать потери на саморазряд.
Новые батареи, полученные с завода и еще не бывшие в эксплоатации, хранятся без электролита. Перед установкой батарей на хранение необходимо убедиться, что аккумуляторы надежно закрыты пробками, уплотнительные прокладки на месте и обеспечивают необходимую герметичность аккумуляторов. Последнее условие особенно важно при- хранении сухозаряженных батарей. Для хранения батарей в таком состоянии установлен максимальный срок 3 года.
146
17.	ПОНЯТИЕ О ЩЕЛОЧНЫХ АККУМУЛЯТОРАХ
Кроме стартерных (кислотных) аккумуляторных батарей, заводы отечественной промышленности выпускают и щелочные аккумуляторные батареи.
Щелочный аккумулятор состоит из положительных и отрицательных пластин и металлической коробки, выполняющей роль сосуда (бачка), в котором помещаются пластины и электролит.
' Активной массой для положительных пластин служит гидрат окиси никеля, смешанный с графитом, а для отрицательных — металлический . кадмий с примесью окислов железа.
Активная масса прессуется в виде брикетиков и заключается в оболочку из мелко продырявленной листовой стали, предварительно никелированной. Заключенный в оболочку брикетик носит название «кармашка». Кармашки, впрессованные в стальную никелированную раму, образуют пластины аккумулятора (рис. 82).
Рис. 82. Группа положительных и отрицательных пластин
Для получения необходимой емкости несколько положительных пластин, а также и соответствующее количество отрицательных соединяются (сваркой) параллельно между собой. К каждой группе пластин приваривается по одному болту, которые служат зажимами аккумулятора. Число положительных пластин берется большим на одну по сравнению с числом отрицательных пластин.
Пластины помещаются в стальную никелированную банку (бачок); для предохранения разноименных пластин от непосредственного соединения одной с другой между ними вставляют
Ю* 	147
Рис. 83. Щелочные аккумуляторы емкостью 10 а-ч и 45 а-ч
эбонитовые палочки. Болты пластин пропускаются через изоляционные втулки в крышке, которая затем приваривается к банке (рис. 83).
Электролитом для щелочного аккумулятора служит раствор едкого калия (КОН) в дестиллированной воде. Плотностд электролита 1,210.
Среднее рабочее напряжение щелочного аккумулятора равно 1,25 в, т. е. значительно ниже, чем у кислотного (2 в). Аккумулятор считается разряженным, если напряжение его уменьшится до 1,1—1,0 в. В конце зарядки напряжение достигает 1,85 в.
Практически/ плотность электролита аккумулятора во время работы не изменяется, а поэт/ зарядки судят нию.
Преимуществами щелочных аккумуляторов по срав-большой срок службы, малый простота ухода в процессе эксплоатации г малый само-
>му о степени по напряже-
нению с кислотными являются: вес, разряд.
К недостаткам относятся: небольшое рабочее напряжение аккумулятора, меныпий коэфициент полезного действия и большое внутреннее сопротивление. Последнее обстоятельство препятствует получению разрядного тока большой силы и, следовательно, делает щелочные аккумуляторы при существующей конструкции их непригодными для использования в качестве стартерных.
Щелочные аккумуляторы (батареи) применяются главным образом в походных радиостанциях для питания цепей накала ламп приемников и передатчиков. Щелочные аккумуляторы в настоящее время на колесных и гусеничных машинах почти не применяются.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Для чего служат аккумуляторы?
2.	Из каких частей состоит аккумулятор?
3.	Назначение и материал решеток пластин.
4.	Из чего состоит активная масса положительных и отрицательных пластин?
5.	Каких пластин берется больше в аккумуляторе и почему?
6.	Назначение и материал сепараторов.
7.	Материал бачков аккумуляторов.
148
8.	Каковы преимущества сухозаряженных аккумуляторных батарей перед сухоразряженными?
9.	Объясните химические реакции, происходящие при зарядке и разрядке аккумулятора.
10.	В каких пределах изменяется напряжение кислотного аккумулятора?
11.	Чем измеряется плотность электролита?
12.	Почему по изменению плотности электролита можно судить о степени зарядки кислотного аккумулятора?
13.	В каких пределах должна изменяться плотность электролита в зависимости от изменений климатических условий?
14.	Что такое емкость аккумулятора и от чего она зависит?
15.	Какие причины могут привести/ к снижению емкости аккумулятора?
16.	Какие обозначения применяются для стартерных аккумуляторных батарей?
17.	Что такое сульфатация?
18.	Что такое саморазряд?
19.	Какими способами производится зарядка стартерных аккумуляторных батарей и в каких случаях каждый из них применяется?
20.	В чем заключается уход за стартерными аккумуляторными батареями?
21.	Как следует хранить стартерные аккумуляторные батареи?
ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ
МАГНЕТИЗМ, ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
Глава IX
МАГНЕТИЗМ
1.	ПОНЯТИЕ О МАГНЕТИЗМЕ
Еще в глубокой древности было известно, что куски камня, находимого в некоторых горных местностях, обладают интересными свойствами, заключающимися в том, что они могут сами
притягиваться друг к другу, а также притягивать к себе различные железные и стальные предметы. Позднее было установлено, что эти камни представляют собой железную руду, т. е. соединение железа с кислородом.
Впервые железная руда с подобными свойствами была^обнаружена в Малой Азии, около города Магнезии, отчего способность ее притягивать к себе железные и стальные предметы получила название магнетизма. Кусок руды, обладающий магне
тизмом, стал называться магнитом.
Руда, обладающая магнитными свойствами, так называемый магнитный железняк, встречается в природе и в настоящее время. В частности, в СССР магнитные руды находят на Урале в горах Магнитная, Благодать, Высокая, а также и в других местах.
2.	МАГНИТЫ ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ИСКУССТВЕННЫЕ
Кусок руды, обладающий магнитными свойствами, называют естественным магнитом.
Если к естественному магниту поднести мелкие железные, опилки или какие-либо железные предметы, они будут притянуты5 к нему, и, для того чтобы эти предметы оторвать от магнита, необходимо приложить известнее усилие. В свою очередь, притянутые тела сами приобретают магнитные свойства и могут притягивать к себе другие железные предметы, но только на то время, пока они касаются магнита или находятся в непосредственной близости к нему.
Несколько иначе будет вести себя при поднесении к естественному магниту какой-либо стальной предмет, например стальная пластинка. Вначале, так же как и железная, она будет притянута магнитом и приобретет магнитные свойства. Если пла-150
стинку после этого отнять от магнита, то окажется, что своих магнитных свойств она не потеряла, несмотря на то,' что естественный магнит отнесен на значительное расстояние. Поэтому говорят, что сталь н а м а,гн ити л ась, т. е. сама стала магнитом.
Стальная пластинка или вообще кусок стали другой какой-либо формы, которому искусственно сообщены магнитные свойства, носит название искусственного магнита. Очень часто искусственный магнит называют также постоянным магнитом.
Однако полученный таким образом искусственный магнит будет обладать сравнительно слабыми магнитными свойствами. Для получения более сильных магнитов применяют специальные сплавы железа с другими металлами и подвергают их намагничиванию, но не естественным магнитом, а при помощи электрического тока. Естественные магниты на практике применения вовсе не находят.
3.	ПОЛЮСЫ МАГНИТА
Магнитные свойства магнита любой формы оказываются неодинаковыми в различных его точках. Возьмем искусственный магнит (рис. 84), выполненный в виде бруска, и погрузим его
Рис. 84. Искусственный магнит в форме бруска
в железные опилки. Вынув его затем из опилок, сразу же заметим, что наибольшее количество опилок оказалось притянутым на концах магнита. У самой середины притянутых опилок почти совсем нет.
Концы магнита, на которых его магнитные свойства проявляются в наибольшей степени, носят название полюсов магнита.
Оказывается, что полюсы магнита обладают не одинаковыми свойствами, хотя они и оба одинаково притягивают к себе железные опилки. В этом можно ’ убедиться на таком простом, опыте.
Возьмем два брусковых магнита и один из них свободно подвесим за середину на гибкой нити, а другой будем подно
151
сить одним и тем же полюсом то к одному, то к другому по», люсу подвешенного магнита.
Из этого опыта устанавливаем, что один полюс висящего, магнита притягивается к полюсу подносимого магнита,1 а против воположпый — отталкивается.
Если подносить магнит другим -полюсом, то тот полюс висящего магнита, который до этого отталкивался, станет притяги» ваться, а противоположный — отталкиваться.
Подвешенный магнит, предоставленный самому себе, обяза» тельно установится так, что один его полюс будет обращен к се-: верному географическому полюсу земли, а другой — к южному. Это явление, на котором основана работа компаса, также говорит о различии полюсов магнитов.
притягиваются, а одноименные полосы отталкиваются
Полюс магнита, обращенный к северу, принято называть северным полюсом и обозначать буквой N, а другой полюс — южным полюсом и обозначать буквой S. В большинстве случаев эти буквенные обозначения наносятся непосредственно на полюсах магнита. Иногда применяют окраску — синюю или черную для северного полюса и красную или белую для южного.
Установлено, что взаимно отталкиваются одноименные полюсы магнитов, а взаимно притягиваются разноименные. В этом можно легко убедиться, если подносить то один, то другой конец магнита с помеченными полюсами к компасной стрелке (рис., 85).
Середину магнита, в которой магнитные свойства почти не проявляются, называют безразличной или нейтральной линией.
4.	МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. МАГНИТНЫЕ СИЛОВЫЕ ЛИНИИ
Любой железный или стальной предмет притягивается к магниту. Это можно легко проверить на следующем опыте. Если на гладкую горизонтальную поверхность стекла положить железный шарик и подносить к нему магнит, то уже на некотором расстоянии шарик начнет двигаться по направлению к магниту. Держа магнит на известном расстоянии над поверхностью стекла и двигая его в разные стороны, можно заметить, что и шарик также будет перекатываться по стеклу, следуя за магнитам.
152
Этот опыт можно видоизменить, если взять не шарик, а легкую железную пластинку и подвесить ее на длинной нитке. Уже па известном расстоянии от подносимого магнита железная пластинка будет обнаруживать его действие своими колебаниями п стремлением отклониться в сторону магнита.
На первый взгляд кажется, что эти опыты, а также опыты с магнитами, приведенные в^ предыдущем разделе, дают повод сделать предположение о какой-то таинственной способности магнитов действовать на расстоянии один на другой или на железные и стальные предметы.
Однако наукой доказана неправдоподобность такого предположения. Притяжение и отталкивание полюсов, а также и другие магнитные действия объясняются особыми явлениями, происходящими в пространстве, окружающем магниты.
Пространство, в котором проявляются различные действия магнита, называется магнитным полем магнита.
Магнитное поле существует не только в пространстве вокруг магнитов, но и в самих магнитах, а также в любом предмете, на которое влияет магнит. Множество опытов, сущность которых мы здесь разбирать не будем, доказывает, что любое вещество, внесенное в магнитное поле, принимает самое непосредственное участие в явлениях, происходящих в этом поле.
Ниже, в главе X, будет показано, что магнитное поле возникает не только в пространстве, окружающем магнит. Точно такое же по природе магнитное поле образуется и вокруг проводника с током. Этим фактом лишний раз подтверждается неразрывная'связь между электрическими и магнитными явлениями.
Для знакомства с некоторыми свойствами магнитного поля магнита проделаем следующий опыт.
Возьмем брусковый магнит, накроем его листом плотного картона и с некоторой высоты через ситечко равномерно посыплем картон железными опилками. Затем легкими постукиваниями по картону стряхнем опилки и увидим, что под влиянием магнитного поля они расположатся в определенном порядке, образуя своеобразный узор (рис. 86). Такое расположение опилок называется магнитным спектром.
Внимательно рассматривая расположение опилок на рис. 86, нетрудно заметить, что они образуют большое количество каких-то кривых линий, идущих от одного полюса к другому.
Такое расположение опилок объясняется тем, что каждый кусочек намагнитившегося железа, делаясь при встряхивании картона легкоподвижным, определенным образом располагается в магнитном поле подобно компасной стрелке, выявляя тем самым направление сил, действующих в поле.
Если внести в магнитное поле магнитную стрелку, то она, как и частицы железных опилок, расположится в направлении действующих' на нее магнитных сил.
Линии спектра дают представление не только о направлении Действия сил магнита (магнитных сил), но и о их величине.
153
В том месте, где линии расположены гуще, как, например, у полюсов магнита, действие магнитных сил будет больше. По мере же удаления от полюсов линии спектра располагаются все реже и реже, а вместе с этим уменьшается и действие магнитных сил.
Рис. 86. Магнитный спектр брускового магнита
Рис. 87. Изображение магнитного поля при помощи силовых линий
До настоящего времени наукой окончательно нё установлено, какова сущность магнитного поля. Но имеется много оснований предполагать, что магнитное поле состоит из каких-то очень Тонких нитеобразных частей, которые в дальнейшем мы будем именовать \ магнитными линиями.
Однако было бы грубой ошибкой представлять себе магнитные линии, по природе подобными обычным нитям. По современным воззрениям магнитные линии представляют собой чрезвычайно тонкие нитеобразные вихри в эфире1.
Линии спектра дают наглядное представление о расположении магнитных линий поля, магнитного поля будем линиями (рис. 87), подобно
Для графического изображения пользоваться магнитными силовыми тому как мы пользовались электрическими силовыми линиями для изображения электрического поля.
1 Эфиром принято называть предполагаемую особого рода материю, заполняющую все то, что мы называем в обыденной жизни пустотой, и способную проникать через все явно ощущаемые нами тела;
154
Магнитные Силовые линии совпадают по направлению с действительными линиями магнитного поля. Изображая на рисунке магнитное поле, проводят столько магнитных силовых линий, чтобы число их на единицу площадки, установленной перпендикулярно силам магнитного поля, было пропорционально величине силы поля в этой точке. Следует иметь в виду, что рис. 86 дает представление о расположении силовых линий только в одной плоскости; в действительности их нужно представлять в любой плоскости магнитного поля магнита.
Магнитным силовым линиям присвоено направление. За направление магнитных силовых линий, а следовательно, и изображаемого ими магнитного поля принято такое, в котором стремился бы двигаться в этом поле северный полюс другого магнита. Так как этот полюс отталкивается от северного полюса данного магнита, то отсюда следует, что магнитные силовые линии направлены от северного полюса к южному.
В отличие от электрических силовых линий, магнитные силовые линии всегда замкнуты, т. е. они проходят не только в пространстве, окружающем магнит, но и внутри магнита. Магнитные силовые линии внутри магнита направлены от южного полюса к северному. Направление магнитного поля на схемах принято обозначать при помощи стрелок па магнитных силовых линиях.
Как п всякие наблюдаемые нами в природе вихри (воздушные вгйхри, водовороты), магнитные линии стремятся сократиться по длине и расшириться в поперечном направлении. Этими свойствами магнитных линий и объясняется взаимное притяжение разноименных полюсов и взаимное отталкивание одноименных полюсов (рис. 88). В первом случае магнитные линии, соединяющие разноименные полюсы, стремясь сокра*
Рис. 88. Магнитные спектры разноименных и одноименных полюсов
155
титься по длине, вызывают механическую силу взаимного притяжения полюсов. Во втором случае два пучка магнитных линий, принадлежащих одноименным полюсам, взаимно отталкиваются один от другого вследствие бокового распора магнитных линий, стремящихся расшириться в поперечном направлении, и вызывают отталкивание полюсов.
Из указанных свойств магнитных линий следует, что магнитные линии ни при каких условиях не могут пересекаться.
Все свойства, которыми обладают действительно существующие магнитные линии, условно будем приписывать магнитным силовым линиям, принятым для графического изображения магнитного поля.
шара
Рис. 89. Схема расположения магнитных силовых линий вокруг земного шара
Земной магнетизм можно рассматривать как гигантских размеров магнит (рис. 89), полюсы которого находятся: северный— на южном географическом полюсе земли, а южный — на север, ном.
Упомянутое выше свойство магнита ориентироваться относительно полюсов земного шара, положенное в основу работы компаса или буссоли, объясняется взаимодействием полюсов магнита с магнитными полюсами земного шара. Под действием магнитного поля земного магнетизма стрелка всегда стремится встать вдоль силовых линий (см. рис. 89); при этом северный конец стрелки поворачивается к северному (географическому) полюсу земли. Это дает возможность определять страны света.
Кроме своего прямого назначения, компас может быть использован для определения полюсов любого магйита, а также 156
для выяснения вопроса о том, намагничено данное тело или нет. В первом случае компас подносят к одному из полюсов магнита, и если к нему повернется северный конец стрелки, испытуемый полюс является южным,'и наоборот, если повернется южный конец стрелки — северный. Во втором случае к северному (или южному) полюсу стрелки компаса подносят сначала один конец исследуемого тела, а затем другой. Если к обоим концам тела притягивается один и тот же полюс стрелки, — тело не намагничено.
5.	ЗАКОН КУЛОНА. НАПРЯЖЕННОСТЬ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Путем исследований установлено, что взаимодействие (притяжение или отталкивание) каких-либо двух полюсов магнитов подчиняется закону, который совершенно аналогичен закону взаимодействия электрических зарядов.
Сила притяжения (или отталкивания) двух полюсов тем больше, чем больше величина особого магнитного состояния каждого из полюсов и чем меньше расстояние между ними.
Когда еще не была известна природа магнитов, магнитные свойства объясняли наличием в полюсах особого магнитного вещества. Считалось, что чем больше содержит магнитный полюс такого вещества, тем больше величина особого магнитного состояния этого полюса. На этом основании еще в 1600 году было введено понятие о так называемых магнитных массах или количествах магнетизма.
Пользуясь этими понятиями, Кулон установил, что механическая сила взаимодействия двух полюсов прямо пропорциональна произведению количеств магнетизма (магнитных масс) и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.
Математически эта зависимость выражается формулой
Г? _	^1^2
в которой
F— сила взаимодействия полюсов;
т1 и т2—количества магнетизма (магнитные массы) взаимодействующих полюсов;
г— расстояние между полюсами;
у.— особая величина, называемая магнитной проницаемостью среды; она показывает, как влияет на силу взаимодействия полюсов среда, в которой они находятся.
В абсолютной электромагнитной системе единиц CGS и0 , в которой за единицу длины принят 1 см, за единицу массы — масса 1 г, за единицу времени 1 сек. и магнитная проницаемость пустоты (вакуума) принята за единицу (р0 = 0> формула Кулона для пустоты упрощается:
р _ т^ГП?
Г Г2
157
Если mr — т2, г = 1 см и F = I дине \ то каждая магнитная масса равна единице (тг = т2 — 1). Другими словами,» за единицу магнитной массы в абсолютной электромагнитной системе единиц CGSy-o принимают такую магнитную массу, которая в пу-стоте действует на равную ей магнитную массу, находящуюся от нее на расстоянии 1 см, с силой, равной 1 дине.
Величина магнитного поля характеризуется напряженностью магнитного поля, численно равной механической силе, с которой действует поле на единицу северной магнитной массы (магнитной массы северного полюса), помещенной в данную точку поля.
Если на северную магнитную массу т, помещенную в данную точку точке
поля, действует сила F, то напряженность поля в этой поля численно равна	\
т	/
системе единиц CGSp0 напряженность поля измеряется
В в эрстедах (э). Напряженность поля в данной его точке равна 1 эрстеду, если сила, с которой действует поле на единицу массы CGSp-o, помещенной в этой точке, равна 1 дине.
Направление напряженности в каждой точке поля совпадает с касательной к магнитной силовой линии в этой точке.
При графическом изображении магнитного поля силовые линии проводят так, чтобы число их на единицу площадки, перпендикулярной линиям, было пропорционально величине напряженности в данной точке.
Если напряженность магнитного поля во всех его точках одинакова, магнитное поле называют равномерным или однородным.
Практически следует считать, что равномерного поля в целом вообще не существует, поэтому всякое магнитное поле нужно рассматривать как неравномерное. Но в неравномерном магнитном поле (рис. 90) можно всегда выделить такую область, в которой магнитные силовые линии можно провести с одинаковой густотой, и считать в этой области магнитное поле равномерным.
Здесь мы отметим, что в абсолютной электромагнитной системе единиц МКСА за единицу напряженности магнитного поля '^етрР 0	О*"* ЭТ°й единице более подробно
в начале.следующей главы. а — и м
принят 1 остановимся
Между 1
существует следующее соотношение:
, а	1
1 --- = Таз-
м	103
1 э
 I дина = С-.г.
L58
Рис. 90. Образцы неравномерных магнитных полей, создаваемых различными магнитами.
Пунктиром обведены участки, в которых магнитное поле может считаться равномерным
6.	МОЛЕКУЛЯРНАЯ ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ НАМАГНИЧИВАЮЩИХСЯ ТЕЛ
Любой магнит всегда имеет два полюса — северный и южный. Возьмем длинный брусковый магнит (рис. 91) и разделим его по середине с таким расчетом, чтобы отделить северный полюс от южного. Поднеся после этого компас или магнитную стрелку к любой половине разделенного магнита, обнаружим, что каждая из них стала самостоятельным магнитом и имеет также два полюса — северный и южный.
На сколько бы мы частей далее ни делили каждукГ половинку магнита, мы всегда получим хоть и.небольшой по величине, но самостоятельный магнит с двумя
ЗЕ
3 Е
|я $ | [77
k (у 51 tv 51 к 5| к к 4
Рис. 91. Образование самостоятельных магнитов из одного целого
159
полюсами. При этом магнитные свойства отдельных частей магнита будут во столько раз меньше целого магнита, на сколько частей разделен магнит.
Все это, а также и ряд других фактов, дало возможность создать так называемую молекулярную теорию строения легко намагничивающихся тел (такие тела называют фер-
Рис. 92. Расположение молекулярных магнитиков в не-намагничен'ном ферромагнитном теле
ромагнитными). Согласно этой теории каждое такое тело состоит из громадного количества чрезвычайно маленьких, так называемых молекулярных магнитиков1. Пока тело не намагничено, нитики или, как
все молекулярные маг-находятся а беспорядочном, говорят, в хаотическом, состоянии (рис. 92). При этом магнит-взаимно уравновешиваются,
ные поля отдельных магнитиков
и тело в целом магнитных свойств не обнаруживает.
Если такое тело внести в магнитное поле (магнита (рис. 93), то произойдет следующее.	/
Под действием магнитного поля магнита/молекулярные магнитики тела вынуждены будут повернуться /все в одну сторону, или, как говорят, ориентироваться. При этом молекулярные магнитики устанавливаются всегда в направлении магнитных силовых линий, поворачиваясь своим южным полюсом к северному полюсу магнита, а северным, наоборот, к южному полюсу
магнита.
Рис. 93. Расположение молекулярных магнитиков в ферромагнитном теле, внесенном в магнитное поле магнита
В результате благодаря действию постороннего магнитного поля хаотически распределенные молекулярные магнитики определенным образом ориентируются, их магнитные поля складываются, и тело само приобретет магнитные свойг ства, т. е. становится магнитом.
Характерно, что один конец намагничиваемого тела, обращенный к северному полюсу магнита, будет всегда иметь юж
1 Молекула намагничивающегося тела представляет собой маленький магнитик.
160
ный полюс, а противоположный — северный. Этим, в частности, объясняется способность магнита притягивать к себе ферромагнитные тела (разноименные полюсы притягиваются).
Кроме того, поскольку магнитные свойства приобретаются ферромагнитным телом в результате ориентировки своих же молекулярных магнитиков, магнитные свойства намагничивающего магнита нисколько не уменьшаются.
При удалении ферромагнитного тела из магнитного поля молекулярные магнитики возвращаются в свое прежнее хаотическое состояние, и тело теряет магнитные свойства.
Согласно молекулярной теории между молекулярными магнитиками любого ферромагнитного тела существует определенной величины сила сцепления, называемая задерживающей или коэрцитивной силой. Коэрцитивная сила до некоторой степени аналогична силе трения. Поэтому при внесении железа или стали в магнитное поле коэрцитивная сила затрудняет поворот молекулярных магнитиков в ориентированное состояние. В свою очередь при удалении магнитного поля она препятствует возвращению молекулярных магнитиков в прежнее хаотическое состояние.
В железе, особенно в мягком, коэрцитивная сила невелика, а поэтому молекулярные магнитики очень легко ориентируются под действием постороннего магнитного поля, но так же легко и возвращаются в прежнее хаотическое состояние, если ориентирующее их магнитное поле исчезает. Вместе с тем очень небольшая часть магнитиков остается все же ориентированной, и в железе сохраняются небольшие магнитные свойства, называемые остаточным магнетизмом.
Иные свойства обнаруживаются в закаленной стали. Коэрцитивная сила в ней достигает больших значений, а поэтому для ориентировки молекулярных магнитиков необходимо создать сильное магнитное поле. Но зато наличие большой коэрцитивной силы в стали не даст молекулярным магнитикам ее вернуться в хаотическое состояние, и сталь в течение продолжительного времени сохраняет свои магнитные свойства.
7.	МАГНИТНЫЙ ПОТОК
Вся совокупность магнитных линий, образующих магнитное поле какого-либо магнита, называется магнитным потоком этого магнита. Кроме того, магнитным потоком называют пучок магнитных линий, проходящих через плоскую поверхность произвольных .размеров, установленную в магнитном поле перпендикулярно магнитным линиям.
Выше/было указано, что магнитные линии представляют собой замкнутые, непрерывные линии. Следовательно, и магнитный поток, образуемый этими линиями, всегда непрерывен, замкнут сам . на себя.
Магнитный поток характеризуется направлением и величиной. За направление магнитного потока принимают направление
11—S69
161
магнитных линий, т. е. считают, что магнитный поток в пространстве вокруг магнита направлен от северного полюса магнита •к южному.
Магнитный поток измеряют единичным потоком, т. е. потоком совершенно определенной величины, установленной на основании научных соображений. В качестве такой единицы магнитного потока в системе единиц МКСА принята вольт-секунда (в-сек). Об этой единице, как величине магнитного потока, дается разъяснение в главе XI.
8. МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ. МАГНИТНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ. МАГНИТНОЕ ЭКРАНИРОВАНИЕ
До настоящего времени мы рассматривали /свойства магнит  ного поля, считая, что оно действует в воздухе. ~
А
Б
Рис. 94. Сгущение магнитного поля при внесении в него ферромагнитного тела:
А — распределение магнитных силовых линий поля до внесения в него ферромагнитного тела; Б — образование магнитного поля ферромагнитного тела;
В — результирующее магнитное поле
Разберем те-если внести тело,
перь, что произойдет,   нитное поле (рис/. 94)   либо ферромагнитное мер кусок железа.
Нам уже вестно, что ненамагниченное . ферромагнитное тело состоит з молекулярных магнитиков, находящихся в хаотическом состоянии.

Поэтому, когда кусок железа будет помещен в магнитное поле, под действием последнего молеку-
в маг-какое-напри-
всякое
лярные магнитики тотчас же ориентируются, их магнитные поля будут складываться, и кусок железа приобретет магнитные свойства, т. е. сам станет магнитом и, следовательно, будет обладать собственным магнитным полем.
Северный полюс куска железа будет обращен к южному полюсу магнита, а южный полюс — к северному полюсу магнита.
Как выше указывалось, магнит-
ное поле внутри любого магнита направлено от южного полюса к северному. Поэтому собственное поле и внутри намагниченного куска железа совпадает с внешним магнитным полем магнита, т. е. складывается с ним. Магнитное поле снаружи куска
железа направлено навстречу магнитному полю магнита, вслед-, ствие чего последнее станет слабее.
В конечном итоге мы получим так называемое результирую-
щее магнитное поле.
Если до внесения железа в магнитное поле напряженность в занимаемом железом объеме была равна определенной вели-
162
чине, то после внесения железа напряженность в том же объеме будет уже больше, так как к основному магнитному полю добавилось магнитное поле железа (увеличивается число магнитных линий на каждую единицу поверхности, перпендикулярной к линиям).
При внесении в магнитное поле не железного тела, а тела из другого металла (вещества), изменение числа магнитных линий в объеме, занятом железным телом, по сравнению с воздухом, произойдет соответственно магнитным свойствам вещества тела.
Очевидно, что в рассматриваемом случае для характеристики суммарного магнитного поля недостаточно одной напряженности Н магнитного поля, а нужно учитывать и магнитные свойства тела, помещенного между полюсами. Эти магнитные свойства принято характеризовать коэфициентом у., называемым магнитной проницаемостью вещества. .
Для количественной оценки магнитного поля в этом случае пользуются понятием о магнитной индукции В. Магнитная индукция рак бы выражает собой густоту или плотность расположения магнитных линий в данном объеме, т. е. она является величиной, пропорциональной магнитному потоку, приходящемуся на единицу поверхности, перпендикулярной к магнитным линиям.
Между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля существует следующая зависимость:
В = ?Н,	.
где В — магнитная индукция в вольт-секунд ах на квадратный метр (в-сек/м2)1',
Н — напряженность магнитного поля в амперах на метр (аМ);
р.— магнитная проницаемость среды.
- Магнитная проницаемость и имеет размерность. Ее легко определить, если в значение а, найденное из выражения В — р Н, подставить размерности магнитной индукции В и напряженности магнитного поля Н:
в-сек
ft =
н± м
После сокращения находим, что у. выражается в или окончательно в м
В абсолютной электромагнитной системе единиц МКСА магнитную проницаемость выражают,, в виде произведения
ft = ftoft,,
1 О единице вольт-секунда на метр в ксадрате см. в главе X.
П»
163
в котором
р.о— магнитная проницаемость воздуха (точнее вакуума);
р, — относительная магнитная проницаемость, показывающая, во сколько раз магнитная проницаемость данной среды больше проницаемости вакуума.
В этой системе магнитная проницаемость вакуума численно' в 107 раз меньше проницаемости, выраженной в единицах системы единиц CGS р0 = 1), т. е. проницаемость вакуумц в системе единиц МКСА равна
1 ом-сек	.
“о ~ W м *	/
Пример. Определить относительную магнитную i/роницаемость сплава железа с никелем, если при напряженности марнитного поля, равной Н =125 а!м, магнитная индукция равна В — 0,75 в-сек/м2.
Решение. Имея в виду, что ;л=р0;ау, из формулы В = pH находим
В	0’75 АП ПОП
=	-----=60900.	:
Относительная магнитная проницаемость может быть больше и меньше единицы. Те вещества, относительная магнитная про-' ницаемость которых больше единицы (больше чем для вакуума),' принято называть парамагнитными веществами, вещества же, обладающие относительной магнитной проницаемостью, меньшей, чем вакуум, — диамагнитными.
В табл. 13 приведены значения относительной магнитной проницаемости некоторых веществ.
Таблица 13
Относительмые магнитные проницаемости некоторых веществ
Парамагнитные вещества	Магнитная проницаемость	Диамагнитные вещества	Магнитная проницаемость
Воздух		1,00000036	Висмут 		0,999825
Олово ....	1,000004	Графит .....	0,999895
Алюминий ....	1,000023	Сурьма 		0,999937
Иридий		1,000063	Ртуть ......	0,999975
Платина ....	1,000364	Серебро ....	0,999981
Палладий ....	1,00069	Цинк 		0,999989
Марганец ....	1,0037	Медь		0,999991
Из этой таблицы следует, что величины относительной магнитной проницаемости парамагнитных и диамагнитных веществ очень незначительно отличаются от единицы. Это говорит о том, что такие вещества при внесении их в магнитное поле постоянного магнита не принимают почти никакого участия в магнитных явлениях. Поэтому в практических расчетах полагают относительную магнитную проницаемость парамагнитных и диамагнитных веществ равной единице.
164
Например, если магнит закрыть медным листом, а затем поднести к нему кусок железа, то железо будет притягиваться к магниту почти с такой» же силой, как если бы между ними находилась не медь, а слой воздуха.
Некоторые парамагнитные вещества, магнитные свойства которых (в частности, способность притягивания) выражены очень сильно, как, например, железо и большинство его сплавов, никель, а также кобальт, выделены в особую группу металлов, получивших название ферромагнитных.
Для ферромагнитных металлов относительная магнитная проницаемость может достигать очень больших значений, например: кобальт—174, никель — 1120, железо отожженное — 7 000, сплав железа с никелем (железо 20%, никель 74%, медь 5%, марганец 1%) —60 000, пермаллой С (никель 78%, железо 18%, молибден 3%, марганец 0,5%)— 115 000.
Выше упоминалось, что магнитная индукция определяет собой величину магнитного потока, приходящуюся на единицу поверхности, перпендикулярной к направлению магнитных линий. Следовательно, зная магнитную индукцию, можно определить магнитный поток через поверхность произвольных размеров. Так, если магнитное поле равномерное, то магнитный поток, проходящий через данную поверхность, перпендикулярную направлению магнитных линий, равен
Ф= BS,
где В — магнитная индукция в вольт-секундах на квадратный метр (в-сек/м2);'
S — площадь в квадратных метрах (>и2);
Ф — магнитный поток в вольт-секундах (в-сек).
Большая магнитная проницаемость ферромагнитных тел дает возможность при внесеншгих в магнитное поле, созданное полюсами магнита, значительно увеличить магнитный поток магнита. Иначе говоря, при внесении ферромагнитного тела в магнитное поле уменьшается сопротивление проникновению его магнитных силовых линий в этом месте, что и способствует увеличению магнитного потока.
Этим обстоятельством пользуются в различных приборах, применяя соответствующие железные или стальные сердечники, якори, стойки, полюсные башмаки и т. д., форма и расположение которых подбираются так, чтобы обеспечить магнитным силовым линиям минимальный путь через воздух, чем обеспечивается значительное уменьшение магнитного сопротивления.
Ца этом же свойстве ферромагнитных тел основана так называемая магнитная защита, или магнитное экранирование.
'Если ^в какое-либо магнитное поле (рис. 95) внести полый железный цилиндр, то направление магнитных силовых линий изменится, так как стенки цилиндра представляют для них
165
толщины из / мягкого железа, обладающего большой магнитной проницаемостью.
КОНСТРУКЦИИ МАГНИТОВ
меныпее магнитное сопротивление, чем воздух. В результате внутри цилиндра магнитное поле окажется чрезвычайно ослабленным.
Практически приборы и аппараты, которые необходимо защитить от действия внешнего магнитного поля, или, наоборот, защититься от их собственного магнитного поля, заключают в кожухи (экраны) соответствующей
Рис. 95. Экранирование полым железным цилиндром части пространства от действия в нем магнитных силовых линий
9. МАГНИТНЫЕ СТАЛИ И
Постоянные магниты находят себе очень большое и разнообразное применение в технике. Точно ггак же значительно применение постоянных магнитов в различных приборах зажигания и электрооборудования колесных и гусеничных машин.
Для того чтобы получить магнит высокого качества и притом с минимальными геометрическими размерами, необходимо применять специальные магнитные материалы, которые после придания им нужной формы и термической обработки (закалки) подвергаются намагничиванию.
Материал, предназначенный для постоянного магнита, должен удовлетворять следующим требованиям:
1. Иметь достаточно высокую остаточную магнитную индукцию.
2. Обладать по возможности большей коэрцитивной силой, чтобы быть более устойчивым в сохранении приобретенных магнитных свойств.
Ниже приводится перечень наиболее распространенных сталей и их сплавов с другими металлами, применяющихся в качестве материала для изготовления магнитов.
Хромовые стали с содержанием хрома от 2 до 3%.
Вольфрамовые стали — с содержанием вольфрама от 0,6‘ до 5,5%.
Кобальтовые стали с содержанием кобальта от 35%. Благо-даря своим высоким магнитным свойствам до последнего времени имели наибольшее промышленное распространение.
Алюминиевоникелевые стали с содержанием около 11 % алюминия и около 28% никеля. К особенностям алюминиевонике-левой стали следует отнести малую чувствительность к повышению температуры и очень высокую коэрцитивную силу. В настоящее время этот сплав благодаря своим высоким качествам все больше заменяет другие сплавы, применявшиеся для изготовления магнитов.
;166
Конструкция магнитов может быть самой разнообразной и определяется их назначением.
Рис. 96. Образцы магнитов, применяемых в приборах зажигания:
А — магнит пускового магнето; Б и В — магниты, применяемые в рабочих магнето для четырехцилиндровых (Б) и двенадцатицнлиндровых (В) двигателей; Г — магнит магнето с вращающимися обмотками
Внешний вид наиболее распространенных магнитов, применяемых в приборах зажигания колесных и гусеничных машин, показан на рис. 96.
10.	ХРАНЕНИЕ МАГНИТОВ
Если по каким-либо причинам (ремонт, осмотр) предполагается снять магнит с того прибора, на котором он установлен, необходимо принять меры для предотвращения потери им магнитных свойств. С этой целью полюсы магнита перед снятием его или выниманием должны быть предварительно замкнуты железным сердечником (якорем), чтобы даже на короткое время они не оставались разомкнутыми. Форма сердечника значения не имеет, но его сечение должно быть не меньше сечения полюса магнита и прилегать он должен ко всей плоскости обоих полюсов. Если этого не сделать, магнитный поток магнита уменьшится, так как сопротивление его силовым линиям возрастет. С уменьшением же магнитного потока сила, удерживающая в ориентированном состоянии молекулярные магнитики, ослабнет, и они, вернувшись частично в хаотическое состояние, уменьшат магнитные свойства магнита.
С этой же целью нельзя подвергать магниты резким ударам и нагреванию. В обоих случаях молекулярные магнитики в той или иной степени возвращаются в хаотическое состояние, и магнит теряет свои свойства.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Что такое магнетизм?
2.	Что называется естественным и искусственным магнитом?
3.	Что называется полюсами магнита и какие они имеют названия? Что такое нейтральная линия?
5. Что такое магнитное поле?
6. Что понимают под магнитными силовыми линиями?
167
7. Какие вещества называются парамагнитными и какие диамагнитными?
8.	Что 9.	Что 10.	Как 11.	Как 12.	Как	называется магнитным спектром? такое ферромагнитные вещества? взаимодействуют между собой полюсы магнитов? определить, намагничено ли данное тело или нет? определить полюсы магнита?
13.	В чем сущность молекулярной теории строения намагничивают» щихся тел?
14»	Что называется напряженностью магнитного поля и в каких едини* цах она измеряется?
15.	Что такое магнитный поток и в каких единицах он измеряется?
16.	Что такое магнитная индукция и в каких единицах она измеряется?
17.	Что такое магнитная проницаемость?
18.	В чем сущность магнитного экранирования?
19.	Как следует хранить магниты, чтобы предохранить их от размагии» чивания?
i лава
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
1. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ, СОЗДАВАЕМОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ, ПРОХОДЯЩИМ ПО ПРОВОДНИКУ
Между электрическими и магнитными явлениями, как мы уже упоминали выше, существует тесная связь. Эта Связь выражается в том, что любые явления магнетизма сопровождаются электрическими явлениями.
Проделаем следующий опыт. Сквозь лист плотной бумаги (рис. 97) пропустим проводник и соединим его с полюсами источника электрической энергии. В результате в цепи появится электрический ток.
Теперь возьмем мелкие железные опилки и будем с некоторой высоты посыпать ими лист бумаги, одновременно посту-
Рис. 97. Расположение железных оптаотс вокруг проводника, по которому проходит электрический ток
159
кивая по листу легкой палочкой. При этом заметим, что опилки расположатся вокруг проводника по определенным линиям^ образующим ряд концентрических окружностей. Если, выключив ток, стряхнуть опилки и посыпать снова, одновременно постукивая по бумаге, опилки расположатся самым беспорядочным образом и ничего похожего в их расположении с предыдущим не будет.
Этот опыт указывает на то, что в пространстве вокруг проводника с током действуют какие-то силы, очень напоминающие собой силы магнитного поля постоянного магнита.
Рис. 98. Действие магнитного поля электрического тока на магнитную стрелку:
А — тока в цепи нет; Б — цепь замкнута, ток по проводнику идет от нас; В — цепь замкнута, ток по проводнику идет на нас
Из предыдущей главы известно, что магнитное поле производит действие на магнитную стрелку. Посмотрим, будут ли действовать на нее силы, возникающие в пространстве вокруг проводника с током. Для этого над магнитной стрелкой параллельно ей (рис. 98) поместим проводник и пропустим по нему электрический ток. В момент замыкания цепи стрелка сразу же повернется на некоторый угол, стремясь встать перпендикулярно проводнику. Заметим сторону, в которую отклонится северный конец стрелки, и, разомкнув цепь, изменим направление тока в проводнике на обратное: При новом замыкании цепи увидим, что стрелка отклснится на тот же угол, что и в первом случае, но северный конец ее будет показывать уже в противоположную сторону. При увеличении тока в проводнике угол поворота стрелки (относительно исходного положения) будет увеличиваться, а при уменьшении тока, наоборот, уменьшаться. Всякое прекращение тока в проводнике неизбежно приводит к возвращению стрелки в исходное положение.
Проделанный опыт убеждает нас в том, что природа действующих на стрелку сил та же, что и сил, действующих в магнитном поле постоянного магнита.
170
До включений тока
После включения тока
Рис. 99. Расположение магнитных стрелок вокруг проводника с током, показывающее, что магнитное поле располагается по концентрическим окружностям
Так как магнитная стрелка всегда устанавливается, вдоль магнитных силовых линий и притом так, что ее северный конец совпадает с направлением силовых линий, то этот опыт дает ответ сразу на несколько вопросов.
1.	Отклонение стрелки подтверждает появление магнитного поля вокруг проводника при прохождении по нему электрического тока. Кроме того, возвращение стрелки в исходное положение при прекращении тока в проводнике указывает, что магнитное поле существует только при прохождении электрического тока.
2.	Стремление стрелки встать перпендикулярно к прямой, соединяющей ось проводника с осью вращения стрелки, свидетельствует о том, что магнитные силовые линии направлены в плоскости, перпендикулярной к проводнику, и притом в виде концентрических окружностей.
Наиболее наглядное доказательство концентричности силовых линий может быть получено, если проводник расположить вертикально (рис. 99), а вокруг него на одинаковых расстояниях поместить несколько магнитных стрелок.
Пока тока в проводнике нет, стрелки обращены своими северными концами в одну сторону. Но стоит только пропустить по проводнику ток, как образовав
шееся магнитное поле сразу же заставит расположиться их по кругу, причем северные концы стрелок будут обращены в сторону направления магнитных силовых линий.
Если при этом осторожно перемещать проводник вверх или вниз, положение стрелок не изменится, указывая, что магнитное поле располагается по всей длине проводника равномерно.
3.	Направление магнитного поля, образующегося вокруг проводника, зависит от направления тока в проводнике. Всякое изменение направления тока неизбежно связано с изменением направления магнитного поля.
Умение быстро и легко определить направление магнитного поля имеет большое практическое значение. Делать это при помощи магнитной стрелки не всегда удобно, а иногда и невозможно. Поэтому было предложено легко запоминающееся правило, получившее название «правила буравчика» (рис. 100).
171
Заключается оно в следующем: если буравчик «ввинчивать» в направлении движения электрического тока по проводнику, то вращение его рукоятки покажет направление магнитного поля.
Довольно часто, изучая магнитные поля, создаваемые электрическим током, приходится проводник изображать не весь, а показывать только его сечение. В этих случаях, если ток в проводнике идет от нас за плоскость рисунка (рис. 100), в кружке, изображающем сечение проводника, ставят крестик (хвостик стрелки), в противном случае — точку (острие стрелки).
4. Магнитное поле вокруг проводника зависит от силы тока, проходящего по нему. При увеличении тока магнитный поток и напряженность поля увеличиваются, а при уменьшении, наоборот, уменьшаются.
Величина напряженности магнит-от силы тока, длины
и формы проводника и от расстояния между проводником и точкой поля, напряженность в которой рассматривается. Например, напряженность магнитного поля, возникающего в пространстве вокруг прямолинейного весьма длинного проводника, в данной его точке, удаленной от проводника на расстояние а, определяется по формуле
Направление то*о в проводнике
Тон идёт от нос зо плоскость рисунна
Тон идёт но мое из-за плоскости рисунка проводника
Рис.
с
ного
100. Магнитное поле вокруг током и определение направления его «правилом буравчика»
поля, создаваемого током, зависит

где I — сила тока;
а — расстояние от рассматриваемой точки до проводника.
Если подставить в эту формулу силу тока I в амперах, а расстояние а в метрах, то напряженность Н будет выражена в амперах на метр (л/л£) , т. е. в единицах, принятых для измерения напряженности магнитного поля в системе единиц МКСА.
Пример. Определить напряженность магнитного поля в точке на расстоянии а = 0,1 м от весьма длинного проводника, по которому протекает ток силой I = 50 а.
Решение.
Н - — =	= 1000 а[м.
а 0,1	'
Проводник с током воздействует не только на магниты. Расположенные на небольшом расстоянии проводники, по которым 172
течет ток, также взаимно притягиваются или отталкиваются. Два параллельных проводника взаимно притягиваются, если ток в них направлен в одну и ту же сторону, и взаимно отталкиваются, если ток направлен в противоположные стороны.
Величина силы взаимодействия между двумя параллельными прямолинейными проводниками заданного поперечного сечения и заданной длины зависит только от силы тока в них, если расстояние между ними и среда, в которой они взаимодействуют, не изменяются. На основании этой совершенно определенной зависимости силы взаимодействия между проводниками от величины тока в них была установлена единица силы тока — ампер, принятая в качестве основной единицы в системе единиц МКСА.
В системе МКСА ампером называется так ой н е-изменяющийся ток, который, протекая по каждому из двух параллельных прямолинейных проводников ничтожно малого сечения, расположенных на расстоянии 2 м один от другого в безвоздушном пространстве, создает между этими проводниками, на каждый метр их длины, такую силу взаимодействия, которая сообщает ускорение 1 м!сек? массе, равной одной десятимиллионной (0,0000001) кг.
2.	МАГНИТНОЕ ПОЛЕ КОЛЬЦЕВОГО ПРОВОДНИКА
В прямолинейном проводнике при прохождении по нему электрического тока магнитное поле распределяется равномерно по всей длине.
Однако это поле очень слабое и может быть обнаружено магнитной стрелкой достаточно ясно только в непосредственной близости к проводнику. Если же магнитную дальше от проводника, где поле слабее, она перестанет.
Увеличение тока в проводнике приводит к увеличению магнитного поля, и стрелка начинает отклоняться под его влиянием уже на большем расстоянии от проводника. Но чрезмерно увеличивать ток нельзя из-за опасности сжечь проводник, да и все равно полученное таким путем магнитное поле не будет нас удовлетворять по своей величине.
Естественно возникает вопрос: нельзя ли каким-нибудь путем сконцентрировать это распыленное магнитное поле в одном месте?
Возьмем прямолинейный проводник и, не прекращая прохождения тока, будем постепенно сгибать его, пока не получим кольцо (рис. 101). Магнитное поле,
стрелку отнести по-реагировать на него
Рис. 101. Магнитное поле кольцевого проводника
173
как связанное с проводником, только несколько изменит свою форму. В частности, в середине кольца, где направление всех силовых линий совпадает, напряженность несколько увеличится,: а снаружи кольца, наоборот, несколько уменьшится.
В этом случае напряженность магнитного поля в центре кольца определяется по формуле
в которой
/у — напряженность магнитного поля в амперах на метр
I — сила тока в амперах (а);
R— радиус кольца в метрах (м).
Пример. Определить напряженность магнитного поля в центре кольца, если задано: = 0,2 м, I — 50 а.
Решение. Подставляя соответствующие значения величин в формулу „	2~/
Н —	, находим:
/у = 2^1152. = 1570 а/м.
0,2
Рис. 102. Схема, показывающая, что кольцевой проводник можно рассматривать как небольшой магнит
Более яркое представление о характере распределения магнитного поля вокруг кольцевого проводника дает рис. 102, на котором в левой части показан кольцевой проводник, а в правом —f его разрез.
Из рисунка видно, что в отличие от прямолинейного проводника в кольцевом проводнике магнитный поток распределяется более выгодно1
в практическом отношении. Кольцевой проводник позволяет получить два полюса: се-, верный — с той стороны, откуда магнитный поток выходит из. плоскости кольцевого проводника, и южный — с той стороны, где магнитный поток входит в него. Иначе говоря, кольцевой проводник, по которому проходит электрический ток, может рассматриваться нами как небольшой самостоятельный магнит.
3.	СОЛЕНОИД
Если к кольцевому проводнику (рис. 103) поднести второй такой же кольцевой проводник с током, их магнитные потоки сложатся, образуя общий магнитный поток. Поднеся третий кольцевой проводник, мы еще больше увеличим магнитный поток, и т. д.
174
В этом случае каждый кольцевой проводник, или, как его называют, виток, можно рассматривать как ориентированный молекулярный магнитик постоянного магнита, из суммы магнитных потоков которых слагается магнитный поток всего магнита. Однако нет никакой надобности делать из проводника отдельные витки, а затем, пропустив по ним электрический ток, складывать вместе. Достаточно для этого сам проводник свить в виде спи
Рис. 103. Образование магнитного поля двумя кольцевыми проводниками (витками)
рали.
Проводник, сделанный в виде спирали, по которому пропущен электрический ток, называется соленоидом.
Если для соленоида применить изолированную проволоку, что даст возможность расположить витки вплотную, соленоид получится очень компактным, а созданный им магнитный поток достаточно большим и ничем не отличающимся по своему характеру от потока постоянного магнита.
Таким образом, соленоид (рис. 104) можно рассматривать как магнит, имеющий два полюса: северный и южный.
Расположение полюсов соленоида зависит от направления тока в нем. При изменении направления тока в соленоиде полюсы также поменяются местами.
Для практического определения полюсов со-
Рис. 104. Образование магнитного поля соленоидом
леноида, в зависимости от направления в нем электрического тока, служит правило правой руки (рис. 105). Оно заключается в следующем: если ладонь правой руки с отогнутым в сторону большим пальцем положить
на соленоид так, чтобы четыре сложенных вместе пальца совпадали по направлению с током в витках, то отогнутый в сторону большой палец укажет северный полюс соленоида. Совершенно Очевидно, что если известны полюсы соле-
Рис. 105. Определение полюсов соленоида
175
ноида, то этим же способом может быть определено направле-ние тока в его витках.
Магнитный поток, создаваемый соленоидом, находится в прямой зависимости от силы тока, проходящего по соленоиду, и его числа -витков — от произведения силы тока на число витков.
Произведение тока на число витков носит название ампервитков (а-в).
Таким образом, мы можем сказать, что магнитный поток, создаваемый соленоидом, зависит от числа его ампер-витков.
4.	ВТЯГИВАНИЕ СОЛЕНОИДОМ ЖЕЛЕЗНОГО СЕРДЕЧНИКА
Если к одному из полюсов соленоида поднести железный (стальной, чугунный) стержень, а затем включить ток, то сразу же заметим, что железный стержень будет стремиться втянуться внутрь соленоида, и с тем большей силой, чем ближе к полюсу соленоида поднести его.
Причина указанного явления может быть объяснена следующим образом.	'
При поднесении железного стержня к какому-либо полюсу соленоида, например к северному (рис. 106), магнитное поле соленоида вызовет частичную ориентировку молекулярных магнитиков железного стержня, вследствие чего им будут приобретены некоторые магнитные свойства. Но молекулярные магнитики ориентируются всегда в направлении действия магнитного поля, а поэтому на стороне стержня, обращенной к северному полюсу соленоида, образуется южный полюс, а на противоположной — северный. Взаимодействие двух различных полюсов (южного полюса стержня и северного полюса соленоида) и будет причиной втягивания железного стержня внутрь соленоида.
По мере приближения стержня к соленоиду намагничивание его увеличивается, а вместе с этим возрастает и сила втягивания. Однако это будет происходить только до определенного
предела, после чего действие втягивающих сил будет уменьшаться и, наконец, совершенно прекратится. Практически следует считать втягивание прекратившимся, когда концы стержня будут выступать на одинаковую длину с каждой стороны соленоида или когда середина стержня будет совпадать, с серединой соленоида.	4
Следует отметить, что втягивание железного стержня в соленоид происходит совершенно одинаково как со стороны
176
северного полюса, так и со стороны южного. Отсюда вывод: при перемене направления тока в соленоиде направление действия сил втягивания остается без изменения.
На втягивании соленоидом железного стержня (сердечника) основано действие измерительных приборов, получивших название электромагнитных.
Измерительный прибор (рис. 107) состоит из соленоида, представляющего собой плоскую катушку 1 с узкой щелью. Против щели на оси 2 закреплены железный сектор 3 и стрелка 4. Для создания противодействующего момента служит спиральная пружинка 5.
При пропускании электрического тока по обмотке катушки в ее щели возникает магнитное поле. Это поле будет втягивать внутрь железный сектор 3, который, поворачиваясь вместе с осью, заставит отклониться на какой-то угол и стрелку прибора. Чем больший ток будет проходить по катушке, тем сильнее будет втягиваться внутрь ее железный сектор и на больший угол повернется стрелка. Полая трубка 6 и поршень 8 образуют воздушный тормоз, успокаивающий
На рассмотренном принципе основано устройство амперметров и вольтметров. Различие между ними лишь в том, что для амперметров на катушку наматывается, как правило, небольшое число витков толстой проволоки, а для вольтметров, наоборот, — большое число витков тонкой проволоки.
колебания стрелки.
Рис. 107. Схема устройства'измерительного прибора, основанного на свойстве соленоида втягивать железный сердечник: 1 — катушка (.соленоид); 2 — ось; 3 — железный сектор:	4 — стрелка-указа-
тель; 5 — спиральная пружинка; 6 — полая трубка воздушного тормоза;
7 — проволочка; 8 — поршень
5.	ЭЛЕКТРОМАГНИТ
Несмотря на то что с увеличением числа ампер-витков магнитный поток, создаваемый соленоидом, также возрастает, действие его будет все же относительно слабым, так как всему магнитному потоку приходится проходить по воздуху.
Поместим внутрь соленоида, по которому проходит ток, железный стержень.
Под действием внешнего магнитного поля молекулярные магнитики стержня ориентируются, их магнитные поля при этом будут складываться, и железо приобретает магнитные свойства. В результате внутри соленоида будет действовать два магнитных потока: поток, созданный витками соленоида, и совпадающий с ним по направлению поток, образованный ориентированными молекулярными магнитиками железа. Отсюда общий маг-'
177
12—569
нитный поток соленоида значительно возрастет.
Соленоид, внутри которого помещен железный стержень, называется электромагнитом (рис. 108).
Железный стержень носит название сердечника, а проволока, по которой пропускается электрический ток, — обмотки.
При одинаковом числе ампер-
Рис. 108. Электромагнит

витков и прочих равных условиях магнитный поток электромагнита будет благодаря наличию сердечника значительно больше потока соленоида, а отсюда значительнее и производимое им действие.
Александр Григорьевич Столетов
(18д9—189б)
Следовательно, по аналогии с соленоидом мы можем сказать, что магнитный поток электромагнита зависит от числа ампер-витков и от магнитной проницаемости материала его сердечника.
При прекращении электрического тока соленоид полностью теряет свои магнитные свойства.
178
В электромагните дело обстоит несколько иначе. Благодаря наличию железного сердечника в нем после прекращения тока в обмотке часть молекулярных магнитиков остается ориентированной, и сердечник частично сохраняет свои магнитные свойства (остаточный магнетизм). В тех случаях, когда наличие остаточного магнетизма после прекращения тока в обмотке электромагнита нежелательно, применяют сердечник, изготовленный из очень мягкого железа.
По своим качествам электромагниты не только могут заменить собой постоянные магниты, но во многих случаях превосходят их в смысле удобства для практического использования.
Так, например, при помощи электромагнита можно получить значительно больший магнитный поток, чем у постоянного магнита; кроме того, величина этого потока по желанию может изменяться в широких пределах, а для этого достаточно только изменить ток в обмотке; изменением направления тока в обмотке может быть достигнуто изменение полюсов и т. д.
Поведение железа в магнитном поле тока было впервые изучено русским физиком профессором Московского университета Александром Григорьевичем Столетовым. Открытые им законы намагничивания железа легли в основу расчетов при проектировании электрических машин и используются конструкторами всего мира по настоящее время.
6.	МАГНИТНАЯ ЦЕПЬ
Полный путь, по которому происходит замыкание магнитного потока магнита или электромагнита, называется магнитной цепью.
Благодаря намагничиванию железа общий магнитный поток электромагнита по сравнению с соленоидом, даже при одинаковом числе ампер-витков, увеличивается. Иначе говоря, увеличение магнитного потока электромагнита происходит вследствие увеличения магнитной проницаемости того участка внутри соленоида, в котором расположен железный сердечник. Это значит, что сопротивление магнитному потоку по сравнению с воздухом уменьшилось.
Отсюда можно сделать общий вывод: увеличения магнитного потока электромагнита при постоянном числе ампер-витков можно достичь путем уменьшения сопротивления магнитной цепи.
В электромагните А (рис. 109) сопротивление магнитной цепи будет наибольшим, так как большую часть пути магнитный поток совершает по воздуху. Присоединив к одному из полюсов электромагнита Г-образное ярмо, достигнем значительного уменьшения сопротивления цепи. В большей степени это будет иметь место при U-образном ярме. Но в том и в другом случаях не весь магнитный поток проходит по ярму, а часть его замы-
12*	179
кается через воздух. Эта часть магнитного потока носит название магнитного рассеивания, или магнитной утечки. Не принимая участия в создании полезного магнитного потока, рассеивающаяся часть потока, образующая поток утечки, является потерянной.
Значительно уменьшить сопротивление магнитной цепи, а тем самым и утечку магнитного потока можно, если сверху электромагнита поднести железную планку, называемую якорем.
Междужелезюе пространство
Рис. 109. Распределение магнитного потока электромагнита при различных конструкциях сердечника:
А — магнитный поток электромагнита небольшой, так как большую часть пути поток проходит по воздуху; Б и В — присоединением к сердечнику электромагнита ярма достигается уменьшение магнитного сопротивления и увеличение потока; Г — при поднесении якоря магнитное сопротивление становится еще меньше
При этом магнитный поток будет только незначительное расстояние проходить по воздуху, замыкаясь в основном через железо.
Та часть пути, которую магнитный поток в сложной магнитной цепи проходит по воздуху, называется междужелез-ным пространством.
Приблизив якорь непосредственно к полюсам электромагнита до полного соприкосновения с ним, получим так называемую замкнутую магнитную цепь, в которой магнитный по-180
ток проходит только по железу. В этом случае сопротивление цепи 'будет минимально, а магнитный поток (при данных ампервитках) достигнет наибольшей величины.
Исходя из сказанного выше, всегда при конструировании электромагнитов стремятся его сердечнику и ярму придать такую форму и размеру, которые обеспечили бы наименьшее сопротивление для магнитного потока и, следовательно, обеспечили бы возможность его максимального использования.
7.	СЛОЖНЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТЫ
Под сложными электромагнитами понимаются такие элек
тромагниты, которые имеют не одну, а несколько самостоятельных обмоток. Это бывает необходимо в том случае, когда величину или изменение магнитного потока, создаваемого электромагнитом, хотят поставить в зависимость от изменения тока в нескольких электрических цепях.
При том направлении тока, которое показано в обмотках электромагнита, изображенного в верхней части рис. 110, магнитные потоки, создаваемые ими, имеют одинаковое направление, и общий магнитный поток равен их сумме.
Изменим теперь направление тока в обмотке b на обратное. Магнитные потоки обеих обмоток будут направлены один другому навстречу. Если по величине магнитный поток обмотки а будет больше потока обмотки Ь, то результирующий магнитный поток будет равен разности потоков обеих обмоток и сохранит направление магнитного потока Ъбмотки а. В ’этом
Рис. 110. Схемы сложных электромагнитов с двумя обмотками.
Горизонтальными стрелками показано направление маг» нитного потока, создаваемого каждой обмоткой
0 а о о с i
Рис. 111. Схема сложного электромагнита с тремя обмотками.
Горизонтальными стрелками показано направление магнитного потока, создаваемого каждой обмоткой
*0.
181
случае часто говорят, что обмотка b будет размагничивать сердечник.
Но может случиться, что магнитный поток обмотки b окажется больше потока обмотки а. И здесь общий магнитный поток будет равен разности обоих потоков, но направление его будет совпадать с направлением обмотки Ь.
Во всех перечисленных выше случаях практически совершенно безразлично, в каком направлении намотаны сами обмотки.
При определении величины и направления результирующего потока важно лишь, в каком направлении проходят токи в обмотках. Если направления токов в обмотках совпадают, магнитные потоки складываются, в противном случае они вычитаются.
На рис. 111 показан сложный электромагнит, состоящий из трех обмоток: а, b нс. Если предположить, что магнитный поток, создаваемый обмоткой а, пропорционален 100 ампер-виткам, обмоткой 6—10 ампер-виткам и обмоткой с — 30 ампер-виткам, то общий магнитный поток электромагнита (принимая во внимание направление тока в обмотках) будет пропорционален:
100+10—30=80 ампер-виткам.
Сложные электромагниты находят себе применение в следующих приборах системы электрооборудования колесных и гусеничных машин: реле обратного- тока, регуляторах напряже-, ния, ограничителях тока, а также частично в электрических стартерах.
8.	ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТОВ И КОНСТРУКЦИЯ НЕКОТОРЫХ ИЗ НИХ
Область применения электромагнитов чрезвычайно велика, и использованы они могут быть для самых разнообразных целей. В частности, широкое применение электромагниты имеют в приборах зажигания и электрооборудования колесных и гусеничных машин.
В таких приборах, как электромагнитные выключатели, электрические сигналы, всевозможные реле, а также регуляторы напряжения, применяются электромагниты, магнитный поток которых используется как средство для разнообразных механических действий.
В электродвигателях взаимодействие магнитных полей, создаваемых электромагнитами, используется для преобразования электрической энергии в механическую. В генераторах (динамо-машинах) магнитный поток, создаваемый электромагнитами, пересекается вращающимися проводниками, в результате чего появляется электрический ток. То же самое можно сказать об индукционной катушке и частично о магнето, в которых изменяющийся магнитный поток электромагнита используется для преобразования электрического тока одного напряжения в тоК( другого напряжения.
182
Рассмотрим некоторые случаи использования электромагнитов.
Электромагнитный выключатель (реле). Электромагнитный выключатель может быть в частных случаях использован для включения и выключения электрического стартера. Включается стартер обычно кнопкой, находящейся на щитке водителя. Так как стартер потребляет очень большой ток, то, чтобы не подводить к щитку длинных и большого сечения проводов, а на щитке не устанавливать громоздкого выключателя, применяется специальный электромагнитный выключатель, устанавливаемый непосредственно на стартере или вблизи него. Управление же выключателем производится небольшой кнопкой со щитка водителя.
Электромагнитный выключатель (рис. 112) состоит из электромагнита 1, железного якоря 4, связанного с контактным мостиком 2, и двух неподвижных контактов 3,
Рис. 112. Схема электромагнитного выключателя стартера:
1 — электромагнит; 2 — контактный мостик; 3 — неподвижный контакт;
4 — железный якорь
Если нажать на кнопку, расположенную на щитке водителя, цепь батареи и обмотки электромагнитного выключателя замкнется и ток с положительного полюса батареи пойдет по массе
183
1 — сердечник;
4 — железный стинчатая пружина; 7
на корпус электромагнитного выключателя, с него в обмотку электромагнита 1 и через кнопку на щитке водителя возвратится на отрицательный полюс батареи. Магнитный поток, созданный электромагнитом, притянет якорь 4, а увлекаемый якорем контактный мостик 2 соединит неподвижные контакты 3. В результате замкнется вторая цепь: аккумуляторная батарея — электрический стартер, и он начнет проворачивать коленчатый вал двигателя.
Если кнопку отпустить, ток в обмотке электромагнита прекратится, контактный мостик отойдет от неподвижных контактов и цепь стартера прервется.
Электрический сигнал. Электрический сигнал (рис. 113) служит для звуковой сигнализации из колесной или гусеничной машины. Основной частью сигнала (рис. 114) является электромагнит, состоящий из сердечника 1 Ш-образной формы, на котором помещена обмотка 2. Против сердечника на толкателе 3 укреплен железный якорь 4, и одновременно толкатель жестко связан с упругой стальной мембраной 5. Противоположный конец толкателя упирается в пластинчатую пружину 6 с подвижным контактом, против которого расположен неподвижный контакт 7. В нерабочем положении оба контакта сомкнуты.
Если нажать на кнопку К, цепь аккумуляторная батарея— сигнал будет замкнута, и электрический ток с положительного полюса батареи по массе, через сомкнутые контакты кнопки и сигнала пойдет в Аккумуляторная Qfa&Qrwx электромагнита и по-еле нее на отрицательный по-люс батареи. В результате сердечник электромагнита намагнитится и якорь 4 притянется к нему. Связанный с якорем толкатель 3 тотчас же разомкнет контакты, прерывая этим самым цепь электромагнита, отчего действие его прекратится, и якорь вместе с толкателем отойдет в первоначальное по
ю
(.Кнопка лГ"сигнала
я
Рис. 114. Схема электрического сигнала:
2 — обмотка; 3 — толкатель; якорь; 5 — мембрана; 6 — пла-неподвижиый контакт
184
ложение. Это приведет снова к смыканию контактов и притягиванию якоря и т. Д.
Таким образом, пока нажата кнопка К, якорь будет непрерывно колебаться, а вместе с ним будет колебаться и стальная мембрана, издавая при этом звук.
9.	ГИСТЕРЕЗИС
В сердечнике любого электромагнита после выключения тока всегда сохраняется часть магнитных свойств, называемая остаточным магнетизмом. Величина остаточного магнетизма зависит от свойств материала сердечника и достигает большего значения у закаленной стали и меньшего у мягкого железа. Однако, как бы ни было мягко железо, остаточный магнетизм все же будет оказывать известное влияние в том случае, если по условиям работы прибора необходимо перемагничивание его сердечника, т. е. размагничивание до нуля и намагничивание в противоположном направлении.
Действительно, при всяком изменении направления тока в обмотке электромагнита необходимо (благодаря наличию в сердечнике остаточного магнетизма) сначала размагнитить сердечник, и только после этого он может быть намагничен в новом направлении. Для этого потребуется какой-то магнитный поток противоположного направления.
Иначе говоря, изменение намагничивания сердечника (магнитной индукции) всегда отстает от соответствующих изменений магнитного потока (напряженности магнитного поля), создаваемого обмоткой.
Это отставание магнитной индукции от напряженности магнитного поля носит название гистерезиса.
При каждом новом намагничивании сердечника для уничтожения его остаточного магнетизма приходится действовать на сердечник магнитным потоком противоположного направления.
Практически это будет означать затрату какой-то части электрической энергии на преодоление коэрцитивной силы, затрудняющей поворот молекулярных магнитиков в новое положение. Затраченная на это энергия выделяется в железе в виде тепла и представляет потери на перемагничивание, или, как го^-ворят, потери на гистерезис.
Исходя из сказанного, железо, подверженное в том или ином приборе непрерывному перемагничиванию (сердечники якорей генераторов и электромоторов, сердечники трансформаторов), должно выбираться всегда мягкое, с очень небольшой коэрцитивной силой. Это дает возможность уменьшить потери на гистерезис и тем самым повысить к. п. д. электрической машины или прибора.
185
10.	ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ МАГНИТНЫМ ПОЛЕМ И ПОМЕЩЕННЫМ В НЕГО ПРОВОДНИКОМ С ТОКОМ
Говоря о свойствах магнитного поля постоянного магнита, а также магнитного поля, образуемого электрическим током, мы останавливали наше внимание на том, как магнитное поле влияет »лишь на полюсы магнита. Однако влияние магнитного поля испытывают на себе не только полюсы магнитов, но и электрические заряды. Магнитное поле воздействует с определенной силой на электрические заряды, движущиеся в его пределах. Величина этой силы тем больше, чем больше магнитная индукция поля, а также чем больше заряд и выше скорость его движения. (Магнитное поле не оказывает никакого влияния на неподвижные заряды и на заряды, движущиеся вдоль магнитных линий.) Сила, которую испытывает на себе движущийся в магнитном поле заряд, всегда направлена перпендикулярно к магнитным линиям и направлению движения заряда.
Электрический ток в металлическом проводнике можно рассматривать как упорядоченное движение электронов (отрицательных зарядов). Следовательно, проводник с током, внесенный в магнитное поле, должен испытывать на себе силу со стороны поля. В действительности оно так и есть. Например, на прямолинейный проводник с током, находящийся в магнитном поле (рис. 115), действует сила F. Величина этой силы равна сумме
Рис. 115. Проводник с током, внесенный в магнитное поле, испытывает со стороны магнитного поля силу, направление которой зависит от направления тока в проводнике
сил, приложенных со стороны поля к электронам. Если ток в проводнике направлен от нас за плоскость чертежа, как показано на рис. 115, А, то сила F направлена вниз. В том случае, когда направление тока станет противоположным, сила будет направлена вверх (рис. 115,5). В любом случае сила направлена перпендикулярно к магнитным линиям и проводнику (направлению движения зарядов).
Взаимодействие проводника, по которому проходит ток, с магнитом можно объяснить свойствами магнитных линий, а именно: стремлением их сокращаться по длине и взаимным отталкиванием одинаково направленных магнитных линий (боковой распор линий).
186
Из рассмотренного ранее нам известно, что вокруг всякого проводника с током существует магнитное поле. Если такой проводник поместить между полюсами магнита, то его магнитное поле, изображенное на рис. 116, А в виде концентрических круговых линий (направление линий определяется по правилу буравчика), будет взаимодействовать с магнитным полем магнита, показанным параллельными линиями, направленными от северного полюса магнита к южному. Эти два различных по характеру поля, образуемые в одном и том же пространстве, самостоятельно существовать не могут.
Рис. 116. Определение направления силы действия магнитного поля на проводник с током
В результате их взаимодействия получается суммарное магнитное поле, показанное на рис. 116,5. Над проводником, где направление магнитных линий обоих полей совпадает, происходит сгущение линий, а под проводником, где одни магнитные линии направлены на
встречу другим, — разрежение линий. Магнитные линии результирующего поля, стремясь сократиться по длине и оттолкнуться одна от другой в поперечном направлении, выталкивают проводник из поля вниз, т. е. испытываемая проводником сила в этогА случае направлена вниз.
Если изменить направление тока в проводнике на обратное, то проводник будет двигаться в направлении, противоположном первому, т. е. снизу вверх. Совершенно оче-
Рис. 117. Определение направления движения проводника с током, внесенного в магнитное поле, правилом «ладони левой руки»
видно, что если, не меняя направления тока в проводнике, изменить напра-
187
вление магнитного поля, в которое он помещен, направление движения проводника также изменится.
Для определения направления движения проводника применяют правило л а д о н и левой руки (рис. 117).
Оно заключается в следующем: если левую руку, внесенную в магнитное поле, повернуть ладонью к северному полюсу, а четыре сложенных вместе пальца совместить с направлением тока в проводнике, то отогнутый в сторону большой палец укажет направление движения проводника.
Это правило было введено в электротехнику русским физиком Э. X. Ленцем и получило название, правила Ленца.
Величина механической силы, сообщающей проводнику поступательное движение, будет зависеть от магнитной индукции, силы тока в проводнике и от длины той части проводника, которая располагается в магнитном поле (активная длина проводника).
Указанная выше зависимость может быть выражена формулой
F—BIL,
где F — сила, действующая на проводник, в ньютонах (я);
I — ток в амперах (а);
I —-активная длина проводника в метрах (м).
Из этой формулы находим, что магнитная индукция равна
Подставляя в это выражение соответствующие единицы, принятые в системе МКСА, находим размерность единицы магнитной индукции:
Q __	1 ньютон
1 ампер-1 метр *
Но, как известно,
.	1 джоуль
1 НЬЮТОН = ,
1 метр
или
1
1 ватт-1 секунда 1 вольт-1 ампер«1 секунда ньютон ----------Гмётр-------==--------------------------
После подстановки в выражение для единицы магнитной индукции полученного значения 1 ньютона и сокращения получаем
&___ 1 вольт-секунда / в-сек \
1 кв. метр \ м2 )'
Это и есть единица магнитной индукции, принятая в системе единиц МКСА.
Нетрудно заключить, что поступательное движение проводника будет иметь место только до тех пор, пока по проводнику 188
будет проходить электрический ток и сам он будет находиться в магнитном поле. Если прекратить прохождение тока по проводнику (прервать цепь) или же если проводник выйдет из магнитного поля, сила взаимодействия проводника с магнитным полем тотчас же исчезнет.
На взаимодействии проводника с током и магнитного поля основано устройство электродвигателей (глава XIII).
Этот же принцип положен в основу устройства магнитоэлектрических измерительных приборов. Магнитоэлектрический измерительный прибор (рис. 118) состоит из подково-
Рис. 118. Схема магнитоэлектрического измерительного прибора: 1 — магнит; 2 — полюсные башмаки; 3—'Подвижная Катушка с обмоткой; 7 — стрелка-указатель; 8 — железный цилиндр
образного магнита /, между полюсными башмаками 2 которого на полуосях укреплена легкая подвижная катушка 3 с обмоткой. На одной из полуосей укреплена стрелка. Электрический ток в обмотке катушки подводится при помощи двух спиральных пружинок, которые одновременно используются и для создания противодействующего момента.
Если пропустить по обмотке катушки электрический ток, то созданное им магнитное поле, взаимодействуя с полем магнита, будет стремиться повернуть катушку, а вместе с ней и стрелку на какой-то угол. Чем больше будет проходить ток по обмотке катушки, тем на больший угол будет отклоняться и стрелка.
На рассмотренном принципе основано устройство как вольтметров, так и амперметров. При использовании прибора в качестве вольтметра последовательно с обмоткой катушки включают дополнительное сопротивление, а при использовании в качестве амперметра — параллельно шунт.
11. НЕКОТОРЫЕ ДОБАВЛЕНИЯ К МОЛЕКУЛЯРНОЙ ТЕОРИИ
Молекулярная теория, объясняющая способность ферромагнитных тел намагничиваться, исходит из предположения, что в этих телах имеются так называемые молекулярные магнитики, но она не объясняет происхождения этих магнитиков.
189
Ответ на эти вопросы современная физика находит в электронной теории.
По современным представлениям атом любого вещества состоит из ядра и вращающихся вокруг пего электронов. Вращение отдельного электрона по своей орбите, т. е. непрерывное вращение по орбите отрицательного заряда, может быть уподоблено движению электрического тока в кольцевом проводнике. Но ток в кольцевом проводнике вызывает появление магнитного поля, поэтому в результате движения электрона по орбите также будет возникать его собственное магнитное поле в направлении, определяемом по правилу правой руки для соленоида или кольцевого проводника с током.
В состав атома входит не один, а несколько электронов; в молекулах же, состоящих из атомов, число электронов может достигать нескольких десятков. Орбиты электронов молекулы не совпадают одна с другой, поэтому и направление образуемых электронами магнитных полей также не совпадает. Это обстоятельство приводит к тому, что магнитное поле каждой молекулы не равно простой арифметической сумме магнитных полей, обра-
Рис. 119. Расположение элементарных кольцевых токов в парамагнитном (ферромагнитном) теле:
А — до намагничивания; Б — после намагничивания
зуемых электронами. Оно для молекул подавляющего большинства веществ равно лишь части этой суммы, а для некоторых веществ равно нулю.
Те вещества, молекулы которых при обычном состоянии вещества не обладают магнитными свойствами, называются д и а-магнитными. Остальные вещества называются парамагнитными (к ним относятся и ферромагнитные).
190
Таким образом, магнитное поле каждой молекулы парамагнитного и ферромагнитного веществ можно рассматривать как поле элементарного кольцевого тока, равное по величине и направлению магнитному полю молекулы.
При обычном состоянии этих веществ элементарные кольцевые токи расположены в пространстве хаотично, поэтому тела из таких материалов в этом случае не проявляют магнитных свойств (рис. 119, Л)* Если же парамагнитное вещество внести в магнитное поле, то элементарные кольцевые токи ориентируются, <г. е. они повернутся под действием этого поля так, что образуемые ими магнитные поля совпадут по направлению с внешним магнитным полем (рис. 119, Б).
Иное происходит в диамагнитном веществе, помещенном во внешнее магнитное поле. Характер движения электронов в молекулах такого вещества изменяется под действием внешнего поля так, что нейтральные в магнитном отношении молекулы становятся намагниченными. Однако магнитное поле молекул диамагнитных веществ всегда противоположно внешнему полю.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Как определить направление магнитного поля, возникающего вокруг проводника, по которому проходит электрический ток?
2.	Что называется соленоидом?
3.	От чего зависит расположение полюсов соленоида и как их определить?
4.	От чего зависит напряженность магнитного поля соленоида?
5.	Почему соленоид обладает способностью втягивать в себя железные сердечники?
6.	Что такое электромагнит и чем его свойства отличаются от свойств соленоида?
7.	В каких приборах зажигания и электрооборудования применяются электрома г ниты?
8.	Что называется магнитной цепью и от чего зависит ее сопротивление?
9.	Что такое гистерезис?
10.	Что такое потери на гистерезис, где они имеют место и как их уменьшить?
11.	В чем заключается взаимодействие проводника с током, помещенным в магнитное поле? i
12.	Как определить направление движения проводника?
13.	Где может быть использовано взаимодействие проводника, по которому течет ток, с магнитным полем?
14.	Как современная физика объясняет происхождение молекулярных магнитиков?
Глава XI
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
1. СУЩНОСТЬ ЯВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ
Прямолинейный проводник с током, помещенный в магнитное поле таким образом, чтобы его ось не совпадала по направлению с магнитными линиями, испытывает со стороны этого поля выталкивание, т. е. начинает двигаться, стремясь выйти за пределы магнитного поля.
Исследуя это явление, английский физик Фарадей высказал предположение, что если проводник без тока заставить под действием какой-либо внешней силы двигаться в магнитном поле, то в проводнике должен появиться электрический ток.
После целого ряда опытов Фарадею удалось подтвердить свою мысль, получив в .замкнутой цепи электрический ток при условии, что какой-то участок этой цепи, двигаясь, пересекает магнитное поле, созданное магнитом или электромагнитом.
Указанное выше явление получило название электромагнитной индукции, а полученный этим путем электрический ток стал именоваться индуктированным током.
Причиной возникновения электрического тока в любой замкнутой цепи является э. д. с. Таким образом, удалось получить новый способ возбуждения э.д.с., отличный от химического, имеющего место в гальванических элементах и аккумуляторах. Этот способ впоследствии и был положен в основу конструирования новых мощных источников электрической энергии, получивших название электрических генераторов.
2. ПОЛУЧЕНИЕ ИНДУКТИРОВАННОЙ Э. Д. С. ПУТЕМ ДВИЖЕНИЯ ПРОВОДНИКА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
Познакомимся теперь с явлением электромагнитной индукции подробнее.
Возьмем магнит (рис. 120) и предположим, что между его полюсами магнитное поле равномерное. Затем внесем в это поле проводник АБ и будем перемещать его так, чтобы проводник пересекал магнитный поток (или, с целью упрощения, будем говорить— магнитные силовые линии). В результате пересечения 192
в проводнике возникает э. д. с., которая носит название индуктированной электродвижущей силы.
Сущность этого на первый взгляд загадочного явления та же, что и явления взаимодействия проводника, по которому проходит ток, с магнитным полем. Она состоит в том, что на всякий электрический заряд, движущийся в магнитном поле, действует со стороны поля механическая сила, направленная перпендикулярно к магнитным линиям поля и направлению движения заряда. (Поле не оказывает никакого действия на те заряды, которые движутся вдоль магнитных линий.)
Рассматриваемый на рис. 120 проводник, пересекающий при своем движении магнитные линии, как и всякий другой металлический проводник, содержит громадное количество свободных электронов — отрицательных зарядов. Каждый такой заряд, двигаясь вместе с проводником, испытывает на себе действие механической силы со стороны поля. Так как направление движения электронов вместе с проводником для всех электронов одно и то же, то и сила, с которой действует поле на каждый электрон, направлена в одну и ту же сторону. В силу этого все электроны проводника стремятся двигаться в одном направлении. Это направление показано на рис. 120 стрелкой вдоль проводника.
Обнаружить индуктированную э. д. с. нетрудно, если к концам проводника АБ при помощи гибких проводников присоединить чувствительный гальванометр Г и образовать таким образом замкнутую цепь. Появляющаяся индуктированная э. д. с. в проводнике тотчас же вызовет ток в замкнутой цепи и отклонение стрелки гальванометра.
Пока проводник неподвижен, стрелка гальванометра будет стоять на нуле, показывая, что тока нет в цепи, а следовательно, нет и э. д. с. Но стоит только начать двигать проводник так, чтобы он пересекал магнитные силовые линии, стрелка гальванометра тотчас же отклонится, указывая на появление тока.
Прекращение движения проводника даже при условии, что он сам продолжает оставаться в магнитном поле, приводит к прекращению тока в цепи, и стрелка гальванометра возвращается на нуль.
Если же проводник двигать не перпендикулярно к магнитным силовым линиям, а параллельно им, стрелка гальванометра будет оставаться на нуле, указывая на то, что индуктированного тока нет.
Отсюда можно сделать следующий вывод: индуктированная электродвижущая сила возникает в проводнике лишь в том слу* чае, если проводник двигается в магнитном поде и при своё&£ движении пересекает магнитные силовые линии этого поля.
Индуктированная э.д.с. может быть получена и в том случае, когда проводник будет оставаться неподвижным, а двигаться будет само магнитное поле, но так, чтобы его магнитные силовые линии пересекали проводник.
13—569
193
Таким образом, достаточным условием для получения индуктированной э. д. с. является пересечение магнитных силовых линий проводником. Совершенно безразлично, движется ли при этом проводник относительно магнитного поля, или, наоборот, магнитное поле относительно проводника.
Следует иметь в виду, что индуктирование э.д.с. в проводнике происходит независимо от того, замкнут он или разомкнут. В первом случае это дает право говорить, что в проводнике индуктируется электрический ток, хотя в действительности индуктируется э.д.с., а ток является лишь следствием и возникает только при условии, что проводник будет замкнут на какое-то сопротивление.
Рис. 120. Получение индуктированной э. д. с. путем перемещения проводника в магнитном поле
Рис. 121. Определение направления индуктированной э. д. с. (тока) при помощи правила «ладони правой руки»
Направление индуктированной э.д.с. Двигая проводник вправо или влево (рис. 120), мы заметим, что в зависимости от направления движения проводника отклонение стрелки гальванометра будет происходить или в одну сторону, или в другую. Отсюда следует, что при всяком изменении направления движения проводника в магнитном поле меняется направление индуктированной э. д. с. Это в свою очередь приводит к изменению направления тока в цепи и соответственно к изменению отклонения стрелки гальванометра.
Для определения направления индуктированной э.д.с. в проводнике в зависимости от направления движения его в ^магнитном поле применяют правило ладони правой, руки (рис. 121).
194
Это правило заключается в следующем: если правую руку, внесенную в магнитное поле, повернуть ладонью к северному полюсу, а отогнутый в сторону большой палец совместить с направлением движения проводника в магнитном поле, то четыре сложенных вместе пальца покажут направление индуктированной электродвижущей, силы.
При определении направления индуктированной э.д.с., когда неподвижным является проводник, а двигается пересекающее его магнитное поле, правило ладони правой руки следует применять все-таки по отношению к проводнику, считая, что он перемещается навстречу движению магнитного поля.
Здесь интересно отметить следующее.
Предположим, что проводник под действием приложенной к нему внешней силы Fi (рис. 122) двигается снизу вверх, пересекая магнитные силовые линии. Если цепь проводника замкнута, в ней вследствие индуктирования э. д. с. возникает электрический ток в направлении (определенном ладонью правой руки) от нас на плоскость чертежа.
Но всякий проводник с током, помещенный в магнитное поле, сам испытывает действие механической силы, стремящейся 'вытолкнуть его из магнитного поля. Определив при помощи ладони левой руки направление выталкивающей силы F2, действующей на проводник, мы увидим, что она имеет направление, противоположное той силе (Ei), которая заставляет проводник пересекать магнитное поле.
Отсюда следует важный практический вывод, сделанный русским физиком Э. X. Ленцем: поддержание в проводнике индуктированного тока требует приложения к нему внешней механи-
ческой силы, и тем большей по величине, чем больше в нем ток. Наоборот, при размыкании цепи двигающегося проводника, когда в нем будет индуктироваться только э. д. с., к проводнику потребуется приложить очень небольшую механическую силу, достаточную лишь для преодоления сопротивления воздуха. Этот вывод объяснит нам в дальнейшем, почему работающий под нагрузкой генератор потребляет от первичного двигателя значительно большую механическую мощность, чем генератор, работающий вхолостую.
Рис. 122. Замкнутый проводник, двигающийся в магнитном поле, испытывает в результате прохождения по проводнику индуктированного тока противодействие своему движению с силой F2
Причины, влияющие на величину индуктированной э.д.с. Любой проводник, пересекающий магнитное поле, может рассматриваться нами как небольшой источник э. д. с. или источник электрической энергии.
Но всякий источник электрической энергии в зависимости, от того, где он используется, должен развивать определенную э.д.с. (напряжение). Йоэтому, желая использовать проводник, пересекающий магнитное поле в качестве источника, мы должны
прежде всего решить вопрос: от каких же причин зависит величина э.д.с., индуктирующейся в проводнике, и что нужно сделать для того, чтобы получить ее нужной величины.
13*
196
Многочисленные исследования показывают, что во Ьсех случаях величина индуктированной электродвижущей силы зависит от числа магнитных силовых линий, пересекаемых проводником в единицу времени (в секунду). Чем больше магнитных силовых линий будет пересекать проводник в одну секунду, тем больше будет и индуктированная э.д.с.
Но число силовых линий, пересекаемых проводником в единицу времени, зависит'прежде всего от индукции В магнитного потока, в котором двигается проводник, затем от длины самого проводника и, наконец, от скорости движения проводника в магнитном поле. Отсюда и величина индуктированной э.д.с. будет зависеть:
1.	От магнитной индукции.
2.	От длины проводника или, точнее, от длины той части проводника, которая пересекает магнитные силовые линии. Эта часть проводника носит название активной.
3.	От скорости, с какой проводник пересекает магнитные силовые линии.
Если магнитную индукцию обозначить через В, длину про* водника через /, а скорость движения проводника в магнитном поле через v, то приведенную выше зависимость можно выразить математически:
E = Blv.
R
Рис. 123. Влияние угла, проводник пересекает силовые линии, величину индуктированной э. д. с.
В ^-Направлениедвижения проводника под которым на
Приведенное выражение будет справедливо лишь в том случае, если проводник пересекает силовые линии, двигаясь строго перпендикулярно к ним. Всякое отклонение от этого направления неизбежно приведет к уменьшению индуктированной э.д.с.
И действительно, если проводник, двигаясь перпендикулярно к магнитным си* ловым линиям, переместится из точки А (рис. 123) в точку В, то при этом им будет пересечено какое-то вполне определенное число силовых линий. Если этот же проводник будет двигаться с прежней скоростью, но не перпендикулярно к силовым линиям, а под ка-такой же путь, он придет в меньшее число магнитных сило-
ким-то углом а, то, совершив точку С и пересечет при этом вых линий. Соответственно с этим уменьшится и э.д.с., индуктирующаяся в проводнике.
Отсюда в общую формулу для определения индуктированной э. д. с. должна быть введена величина sin а, учитывающая угол, под которым проводник пересекает магнитные силовые линии.
196
В тех случаях, когда индуктированную э.д.с. желательно выразить в вольтах, магнитная индукция должна быть взята в веберах на квадратный метр, длина проводника в метрах,, а скорость движения проводника в метрах в секунду.
Таким образом, формула примет следующий вид:
Е — Blv sin а.
В частном случае (наиболее благоприятном), когда движение проводника будет происходить перпендикулярно к силовым линиям, а=90° и sin 90° = 1. Во всех остальных случаях sin сбудет меньше единицы, соответственно меньше будет и величина индуктированной э. д. с.
3. ПОЛУЧЕНИЕ ИНДУКТИРОВАННОЙ Э. Д. С. ПУТЕМ ИЗМЕНЕНИЯ МАГНИТНОГО ПОТОКА ВНУТРИ КОНТУРА
Фарадей, опытным путем исследуя явление электромагнитной индукции, пришел к убеждению, что индуктированная э. д. с. есть результат пересечения проводником действительно существующих физических магнитных линий, из которых состоит любой магнитный поток.
Полученные Фарадеем результаты исследований были подробно изучены и математически обработаны Максвеллом, полностью придерживавшимся точки зрения Фарадея.
Исходя из предположения, что магнитные силовые линии непрерывны и замкнуты на себя, Максвелл показал, что индуктированная э. д. с. может быть получена также путем изменения магнитного потока внутри контура, образуемого проводником, свернутым в виде кольца (витка) или обмотки (катушки), состоящей из нескольких витков. Иногда кольцевой проводник или катушку называют просто контуром дуктированная э. д. зультате изменения проходящего внутри
зультате «пронизывания» контура изменяющимся магнитным потоком.
Возьмем петлеобразный проводник (рис. 124) и будем подносить к нему магнит так, чтобы его силовые линии входили внутрь контура, образованного проводником. При этом при всяком измене
нии числа магнитных силовых линий внутри контура, вызываемом приближением или удалением магнита, в контуре будет
197
Рис. 124. Индуктирование э. д. с. изменением магнитного потока внутри петлеобразного проводника
и говорят, что ин-c. получается в ре-магнитного потока, контура, или в ре-
индуктироваться э. д. с. Убедиться в этом можно, если при помощи гибких проводничков присоединить к контуру гальванометр и этим самым замкнуть цепь. Тогда индуктированная э. д. с. вызовет появление тока, который, проходя по гальванометру, приведет к отклонению его стрелки.
Если изменения числа магнитных силовых линий внутри контура происходить не будет (магнит остановлен в каком-либо положении), индуктирование э. д. с. также прекратится, и стрелка гальванометра, возвратясь на нуль, укажет на отсутствие тока в цепи.
Таким образом, для получения индуктированной э. д. с. важно не наличие магнитного потока внутри контура, а изменение этого потока по величине. Очень важно знать, что данному изменению магнитного потока, охватываемого контуром, соответствует строго определенное количество электричества, проходящего через любое поперечное сечение проводника, образующего данный контур. Это обстоятельство позволило установить единицу для измерения магнитного потока. Как нам известно, в качестве такой единицы в системе единиц МКСА при-, нята вольт-секунда.
В о л ь т - с е к у н д а это такой магнитный поток, при уменьшении которого до нуля через поперечное сечение электрической цепи, сцепленной с этим потоком и имеющей сопротивление 1 ом, протекает количество электричества, равное 1 кулону.
Изменения магнитного потока в контуре с целью индуктирования в нем э. д. с. практически можно достигнуть различными способами.
Наиболее употребительными, применяемыми в приборах зажигания и электрооборудования колесных и гусеничных машин, являются следующие:
1. Изменение магнитного потока с помощью изменения тока в обмотке электромагнита.
2. Изменение магнитного потока с помощью вращающегося магнита.
Первый способ получения индуктированной э. д. с. находит применение в индукционных катушках, а второй — в магнето высокого напряжения.
Направление индуктированной э. д. с. Возьмем проволочный виток, концы которого соединены с чувствительным гальванометром, и будем то приближать к нему, то удалять постоянный магнит (рис. 125). Наблюдая при этом за гальванометром, увидим, что стрелка отклоняется то в одну, то в другую сторону от нуля. Это говорит о том, что при движении магнита в проволочном витке возникает индуктированный ток, направление которого меняется при изменении направления движения магнита. Если 198
оставить в покое магнит и перемещать относительно него виток, то картина не изменится.
В обоих случаях взаимного перемещения магнита и витка происходит пересечение витком магнитных линий поля магнита, и поэтому в витке индуктируется электрический ток. Направление этого тока можно определить по правилу ладони правой руки. Однако направление тока можно найти на основании закона, открытого Э. X. Ленцем.
А	6
Рис. 125. Направление индуктированной э. д. с. в контуре в зависимости от направления движения магнита
Из предыдущего раздела этой главы нам уже известно, что проводник, в котором возникает индуктированный ток, испытывает со стороны магнитного поля механическую силу, направленную против силы, вызывающей движение проводника. Это объясняется тем, что, по закону Ленца, индуктированный ток всегда имеет такое направление, при котором этот ток противодействует причине, вызвавшей его.
Причиной, вызывающей ток в витке (рис. 125,Д), служит приближение к нему магнита. Следовательно, направление тока в витке должно быть таким, чтобы возбуждаемое им магнитное поле противодействовало приближению магнита. Это значит, что на стороне витка, обращенной к магниту, должен быть северный полюс. Исходя из этого, устанавливаем по правилу буравчика, что ток должен быть направлен по часовой стрелке.
В случае, соответствующем рис. 125, Б, причиной возникновения индуктированного тока служит удаление магнита от витка. Противодействовать удалению магнита ток будет при условии, если на стороне витка, обращенной к магниту, будет возникать южный полюс. В этом случае индуктированный ток и образуемое
199
им магнитное поле должны быть направлены так, как показано на рис. 125,5.
Рассматривая рис. 125, можно убедиться в том, что в случае приближения магнита к витку магнитный поток, охватываемый витком (контуром), увеличивается, а при удалении магнита маг-'нитный поток внутри контура уменьшается. Учитывая это, закон Ленца можно сформулировать так.- при увеличении магнитного потока, пронизывающего контур, поток, создаваемый индуктированным током, направлен против внешнего потока (рис. 125, Л) (препятствует его увеличению); при уменьшении потока, пронизывающего контур, поток, создаваемый индуктированным током, направлен в ту же сторону, что и внешний? поток (рис. 125,5) (препятствует его уменьшению).
Причины, влияющие на веЛиФйну индуктироЬанной э. д. с. При определении величины индуктированной э. д. с. в случае пересечения проводником магнитного поля было установлено, что она зависит от числа магнитных силовых линий, пересекаемых проводником в единицу времени (секунду).
В контуре, пронизываемом магнитным потоком, э. д. с. индуктируется только тогда, когда изменяется по величине магнитный поток, и если контур будет состоять из одного витка, то величина индуктированной в нем э.-д. с. будет зависеть от скорости изменения магнитного потока. Чем быстрее изменяется, т. е. появляется или исчезает, магнитный поток, тем больше будет и величина индуктированной э. д. с.
В том случае, если контур будет состоять не из одного витка, а из нескольких, образуя таким образом катушку, пронизываемую магнитным  потоком, то благодаря тому, что отдельные витки катушки соединены последовательно, э. д. с., индуктирующиеся в каждом витке, будут складываться, и общая э. д. с. может достигнуть большой величины.
Из сказанного мы должны будем сделать следующий вывод: величина индуктированной электродвижущей силы в контуре (катушке), пронизываемом магнитным потоком, будет зависеть от числа витков контура и от скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур.
Если обозначить число витков контура через w, а скорость Дф
изменения потока через —-то величина индуктированной э.д.с. в контуре, выраженная в вольтах, может быть определена пр следующей формуле:
г-	ДФ
Е — — м-ц.
В этой формуле ДФ — величина, на которую изменился магнитный поток в веберах на кв. метр за промежуток времени ДА 200
Следовательно, отношение величины, на которую изменился поток, к промежутку времени, в течение которого это изменение про-изошло даст скорость изменения магнитного потока.
4. ЯВЛЕНИЕ САМОИНДУКЦИИ
Поместим на железном сердечнике 1 (рис. 126) обмотку (контур) 2 и через выключатель К соединим ее с полюсами источника электрической энергии. При замыкании выключателя К ток от источника, проходя по обмотке 2, приведет к возникновению в сердечнике магнитного потока, а при размыкании выключателя К — к исчезновению созданного магнитного потока.
Таким образом, всякое замыкание или размыкание цепи будет связано с изменением магнитного потока в сердечнике, на котором расположена обмотка 2. В результате обмотка (контур) будет пронизываться своим же собственным изме-
Рис. 126. Электромагнит, соединенный с источником электрической энергии:
1 — железный сердечник; 2 — обмотка; К — выключатель
няющимся по величине магнитным потоком и в ней самой будет ин
дуктироваться э. д. с.
Это явление носит название самоиндукции, а возникающая в катушке (контуре) э. д. с. называется э. д. с. самоиндукции
Часто свойство контура индуктировать в себе э. д. с. само
индукции называют индуктивностью.
Электродвижущая сила самоиндукции возникает не только в катушке с железным сердечником, но и во всякой катушке без сердечника, при условии, что по ней проходит изменяющийся по величине ток, а следовательно, имеет место и изменяющийся магнитный поток. Точно так же э. д. с. самоиндукции возникает и в любом прямолинейном проводнике вследствие пересечения своими же собственными силовыми линиями при изменении в нем тока.
Электродвижущая сила самоиндукции, действуя в той же замкнутой цепи, по которой проходит и основной ток, будет оказывать на него известное влияние. Для того чтобы установить характер этого влияния, необходимо определить направление
1 Электродвижущая сила самоиндукции по своей природе ничем не отличается от индуктированной э. д. с.. Получила же она такое название потому, что индуктируется в той же обмотке, которая создает изменяющийся магнитный ПОТОК-
201
э. д. с. самоиндукции как при возникновении магнитного потока в катушке (контуре), так и при его исчезновении.'
В момент замыкания цепи выключателем /С (рис. 127) ток от источника будет проходить по катушке в направлении сплошных стрелок, поставленных на проводе каждого витка. С появлением тока в обмотке возникает и магнитный поток. Зная направление силовых линий потока внутри катушки (см. полюсы
Рис. 127. Направление э. д. с. самоиндукции: А — при замыкании цепи; Б — при размыкании цепи
К/ Злектри-f ческая I дуга
на сердечнике) и имея в виду, что поток возрастает, направлен ние э. д. с. самоиндукции легко определить, применив правило Ленца для контура. В данном случае направление э. д. с. самоиндукции будет соответствовать направлению пунктирных стрелок, т. е. электродвижущая сила самоиндукции будет направлена против основного тока.
Точно так же можно определить направление э. д. с. самоиндукции и в момент размыкания цепи выключателем К, когда ток, проходящий по обмотке, прерывается, а созданный им магнитный поток исчезает. Направление э. д. с. самоиндукции в данном случае будет соответствовать направлению пунктирных стрелок, т. е. электродвижущая сила самоиндукции будет совпадать с направлением основного (исчезающего) тока.
Таким образом, при всяком появлении тока в катушке (контуре, цепи) э. д. с. самоиндукции действует против основного тока и тормозит его нарастание *, а в момент исчезновения тока, имея направление, одинаковое с исчезающим током, стремится продлить прохождение тока в размыкаемой цепи и тем самым на какой-то промежуток времени задержать его исчезновение!
1 Это выражение не совсем точное и приводится нами только потому, что является весьма распространенным и наиболее наглядным. В действительности же э. д. с. самоиндукции действует не против тока, а против э. д. с. источника электрической энергии, уменьшая ее на соответствующую величину, отчего на время действия э. д. с. самоиндукции уменьшается и ток в цепи. Это замечание относится также и к действию э. д. с. самоиндукции при исчезновении тока, когда она складывается с э. д. с. источника электрической энергии.
202
Это графически иллюстрируется ответствующей моменту замыкания
явление самоиндукции не существовало, должен был бы мгновенно достичь своей наибольшей величины (точка В). Но благодаря э.д.с. самоиндукции, имеющей противоположное направление, ток будет сравнительно плавно нарастать по кривой АС. В точке С он достигнет своего максимума, и изменение магнитного потока, а вместе с ним и индуктирование э. д. с. самоиндукции прекратится.
При размыкании цепи
на рис. 128. В точке А, со-цепи, ток в катушке, если бы
Рис. 12S. Кривая изменения тока в цепи, обладающей самоиндукцией, при замыкании и размыкании цепи:
А — момент замыкания цепи; С — момент достижения током установившегося значения; D •— момент размыкания цепи; Г — момент прекращения тока в цепи; В и Е —т'очки, в которых ток достиг бы установившегося значения или прекратился бы, если бы не было самоиндукции
вместо предполагаемого рез-
кого изчезновения тока (прямая DE) произойдет сравнительно плавное изменение его по кривой DF, обусловленное тем, что
э. д. с. самоиндукции в этот момент совпадает с направлением исчезающего тока и стремится задержать его исчезновение. Вследствие большого значения, которого достигает э. д. с. самоиндукции, а также и того обстоятельства, что в момент размыкания цепи она складывается с э. д. с. источника электрической
энергии, на контактах выключателя в момент размыкания всегда появляется электрическая дуга. Электрическая дуга расплавляет металл контактов, нарушая надежность последующих соединений.
Таким образом, как при замыкании, так и при размыкании цепи э. д. с. самоиндукции является причиной, не дающей основному электрическому току быстро достигать необходимых (максимального или нулевого) значений. Поэтому в таких приборах, как магнето и индукционная катушка, где быстрое изменение тока в нужные моменты, а вместе с ними и магнитного потока является задачей первостепенной важности, э. д. с. самоиндукции должна рассматриваться как крайне нежелательная, и для уменьшения ее действия на основной ток приходится принимать специальные меры Ч
Иногда бывает необходимо, чтобы катушка совершенно не обладала самоиндукцйей, как, например, катушка, предназначенная служить только в качестве сопротивления. Это может быть достигнуто соответствующей намоткой проволоки на катушку. Так, в одном случае вся предназначенная для намотки проволока складывается предварительно вдвое и в таком виде наматывается (рис. 129). Можно поступить иначе: половину про-
1 См. «Принцип действия индукционной катушки».
203
Середина
волоки намотать на катушку в одном направлении, а другую половину — в противоположном.
Обмотка, выполненная одним из вышеуказанных способов, носит название б и ф и л я р-нои1.
Отсутствие самоиндукции в таких катушках объясняется тем, что электрический ток проходит по обеим половинам обмотки в противоположных направлениях, а поэтому и магнитные поля их, как направленные друг другу навстречу, будут взаимно п с	, уничтожаться. В результате в це-
Рис. 129. Бифилярная обмотка J	г j	**
Е	лом катушка создавать магнит-
ного потока не будет и, следовательно, не будет обладать самоиндукцией.
Заметим в заключение, что практической единицей индуктивности является генри (гн). Если проводник имеет такое число витков и такие размеры, что при уменьшении тока на 1 а в каждую секунду в нем возникает э. д. с. самоиндукции, равная 1 в, то индуктивность равна 1 генри.
5.	ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ИНДУКЦИОННОЙ КАТУШКИ
Индукционная катушка служит для преобразования электрического тока низкого напряжения в электрический ток высокого напряжения.
В настоящее время индукционная катушка (рис. 130) находит широкое применение в системе зажигания главным образом колесных машин и является прибором, преобразующим электрический ток низкого напряжения (6—12 в), получаемый от аккумуляторной батареи или генератора, в электрический ток высокого напряжения (порядка 14 000—18 000 в). Электрический ток высокого напряжения используется для воспламенения рабочей смеси в Дилиндрах двигателя.
Индукционная катушка (рис. 131) состоит из железного сердечника, на котором расположены две обмотки, намотанные одна поверх другой.
Обмотка, выполненная из толстой проволоки диаметром около 1 мм, в количестве 200—250 витков, по которой пропуг скается ток от аккумулятора батареи, носит название первичной обмотки. Обмотка из тонкой проволоки диаметром 0,08 мм, имеющая 15 000—16 000 витков, называется вторичной о б м о т к о й 1 2. Во вторичной обмотке происходит индукти-
1 Бифилярный — двухчервячный.
2 Диаметр провода для обмоток зависит только от силы тока, который проходит по ним.
204
Рис.
130. Индукцион-пая катушка
рование тока высокого напряжения. Для упрощения монтажа индукционной катушки начало вторичной обмотки соединено внутри катушки с первичной обмоткой.
Соединим первичную обмотку индукционной катушки с аккумуляторной батареей и прерывателем (рис. 131). Если замкнуть контакты прерывателя, по первичной обмотке пойдет ток от батареи, называемый первичным током. Этот ток приведет к образованию в сердечнике ' магнитного потока. Если разомкнуть контакты прерывателя, то вместе с прекращением тока исчезнет созданный им магнитный поток. Таким образом, при каждом замыкании и размыкании первичной обмотки в сердечнике будет появляться и исчезать, т. е. изменяться по величине, магнитный поток.
Так как на сердечнике, кроме первичной обмотки, расположена вторичная, то всякое изменение магнитного потока приведет к индуктированию э. д. с. во вторичной обмотке. Поскольку изменение магнитного потока в сердечнике происходит только в моменты замыкания и размыкания первичной цепи, то
имеет место и индуктирование э. д. с. во вторичной обмотке. Величина э. д. с., индуктирующейся во вторичной обмотке, зави
в эти же моменты
Рис. 131. Принципиальная схема индукционной катушки
сит от числа витков обмотки и скорости изменения магнитного потока.
Первое условие для достижения большой э. д. с. (высокого напряжения) в индукционной катушке выполнено: число витков взято достаточно большим (15 000—16 000).
Что же касается второго условия, а именно скорости изменения магнитного потока, создаваемого первичной обмоткой, то здесь дело обстоит не' совсем благополучно, и вот почему. Всякое изменение магнитного потока в сердечнике одновременно вызывает индуктирование э. д. с. самоиндукции ив пер
205
вичной обмотке. Электродвижущая сила самоиндукции, действуя при замыкании контактов прерывателя против основного тока первичной обмотки, а при размыкании совпадая с ним по направлению, не дает возможности току первичной обмотки, а вместе с ним и магнитному потоку <быстро появляться и исчезать Кроме того, электрическая дуга (искра), возникающая ца контактах в моменты их размыкания, будет приводить к обгоранию контактов и нарушению надежности замыкания цепи.
При замыкании контактов прерывателя, когда э.д.с. самоиндукции направлена против основного тока, уменьшить ее действие практически не представляется возможным. Поэтому моменты замыкания для индуктирования тока высокого напряжения не используются.
Рис. 132. Схема включения конденсатора
-Что же касается момента размыкания контактов прерывателя, когда э.д.с. самоиндукции, складываясь с э.д.с. батареи, вызывает появление электрической дуги между разомкнувшимися контактами прерывателя, то в этом случае уменьшить действие э. д. с. самоиндукции можно.
Рис. 133. Внешний вид и схема ленточного конденсатора:
1 и 2 — обкладки конденсатора; 3 — диэлектрик; 4 — корпус; 5 — гибкий проводник
С этой целью параллельно контактам прерывателя (рис. 132) включается обладающий определенной емкостью конденсатор.
206
Конденсатор (рис. 133) состоит из двух алюминиевых или оловянных лент (обкладок) 1 и 2, между которыми прокладывается специальная конденсаторная бумага 3, являющаяся диэлектриком. Ленты скручиваются в трубочку и помещаются в металлический корпус 4. Одна из лент (обкладок) присоединяется к корпусу, а другая к гибкому проводнику 5.
Емкость конденсаторов, применяемых в системе зажигания, составляет 0,19—0,25 мкф.
При наличии конденсатора, в момент размыкания контактов прерывается э. д. с. самоиндукции и вместо того, чтобы образовать дугу на контактах, создает ток, поступающий в конденсатор и заряжающий его.
Вследствие этого магнитный поток, созданный первичной обмоткой, исчезает быстро, чем и обеспечивается индуктирование во вторичной обмотке максимальной по величине э. д. с. (высокого напряжения).
После исчезновения первичного тока конденсатор разряжается через первичную обмотку.
Электрический ток высркого напряжения подводится к свече (рис. 132), вызывая образование искры на электродах, отчего и воспламеняется рабочая смесь в цилиндре двигателя.
\	ис* Принципиальная схема батарейной системы зажигания
для шестицилиндрового двигателя
207
Если двигатель имеет не один, а несколько цилиндров, то в этом случае ток высокого напряжения подводится к специальному распределителю, при помощи которого в необходимом порядке он и распределяется по свечам.
Для согласования моментов размыкания контактов прерывателя с подведением высокого напряжения к электродам свечи того или иного цилиндра двигателя прерыватель и распределитель объединяются в один общий прибор — прерыватель-распределитель (рис. 134). Он устанавливается на двига* теле и получает вращение от его распределительного валика.
Полная схема системы зажигания от индукционной катушки приведена на рис. 135.
6.	ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МАГНЕТО
Магнето (рис. 136) предназначено для преобразования части механической энергии двигателя в электрическую, используемую для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах двигателя.
Рис. 136. Магнето высокого напряжения
Принципиальное отличие магнето от индукционной катушки заключается в том, что в магнето одновременно и получается ток низкого напряжения, и происходит его преобразование в ток высокого напряжения. В силу этого надобность в аккумуляторной батарее или каком-либо другом источнике электрической энергии для целей зажигания отпадает.
Из сказанного следует, что процесс получения электрического тока высокого напряжения разбивается
в магнето на две стадии:
1. Получение электрического тока
низкого напряжения.
2.	Преобразование электрического тока низкого напряжения в электрический ток высокого напряжения.
Получение электрического тока низкого напряжения осуществляется в магнето вращением постоянного магнита, который вызывает изменение магнитного потока в неподвижном железном сердечнике, на котором расположена первичная обмотка.
Постоянный магнит (ротор) представляет собой тело колоколообразной формы, полюсы которого расположены между двумя железными стойками (рис. 137). Сверху стоек укреплен железный сердечник, на котором расположена .катушка с двумя обмотками: первичной и вторичной (на рис. 137 показана только первичная обмотка). Данные обмоток магнето примерно те же,
208
что и обмоток индукционной катушки. Сердечник с обмотками называется трансформатором.
При вращении магнита его магнитные силовые линии будут поочередно, в зависимости от положения полюсов (рис. 137),
Рис. 137. Изменение магнитного потока в сердечнике трансформатора магнето
или проходить через сердечник трансформатора, или замыкаться через стойки. Следовательно, в сердечнике трансформатора будет происходить изменение магнитного потока.
Рис. 138. Схема магнето . высокого напряжения
Вследствие этого в расположенной на сердечнике первичной обмотке будет индуктироваться э. д. с. Если цепь первичной обмотки замкнута, то э. д. с. вызовет в ней ток.'
Вторая стадия работы магнето начинается с размыкания прерывателем первичной обмотки в момент наибольшего тока в ней.
14—563
209
При размыкании контактов ток в первичной обмотке прерывается и созданный им магнитный поток в сердечнике трансформатора, исчезая, индуктирует во вторичной обмотке ток высокого напряжения, достаточный для пробоя искрового промежутка в свече. Так же как и в индукционной катушке, в первичной обмотке магнето при ее размыкании индуктируется э. д. с. самоиндукции, для устранения вредного влияния которой параллельно контактам прерывателя приходится включать конденсатор.
Принципиальная схема магнето приведена на рис. 138.
7.	ТОКИ ФУКО
При рассмотрении явлений электромагнитной индукции и условий индуктирования э. д. с. в проводнике под проводником всегда понималась изолированная проволока, из которой была выполнена обмотка.
Однако вместе с проволокой в сфере действия магнитного поля находятся и сплошные металлические массы в виде железных сердечников (на которых располагается обмотка), стоек, полюсных башмаков и других деталей магнитной цепи.
Во всех этих металлических деталях, пересекающих магнитное поле или пронизываемых магнитным потоком, также будет индуктироваться э.д.с. Рассмотрим, как это происходит.
Рис. 139. Индуктирование токов Фуко в железном сердечнике, вращающемся в магнитном поле:
А — путь токов Фуко в сплошном сердечнике; Б — путь токов Фуко в сердечнике, разделенном на несколько частей
Предположим, что железный сердечник (рис. 139) вращается в магнитном поле, образованном двумя полюсами магнита или электромагнита. В этом случае боковую поверхность сердечника, параллельную оси вращения, мы можем рассматривать как проводник, вращающийся в магнитном поле, и следовательно, в ней будет индуктироваться э.д.с. То же самое произойдет и в толще сердечника с той лишь разницей, что величина индуктированной э.д.с. по мере приближения к оси вращения будет уменьшаться вследствие уменьшения линейной скорости, с которой вращаются отдельные точки сердечника. Таким образом, индуктированная э.д.с. будет иметь наибольшее значение в точках, расположенных ближе к поверхности сердеч-210
ника, и наименьшее значение у оси вращения. В результате этого внутри сердечника возникнут вихревые электрические токи.
Электрические токи, индуктирующиеся в любых металлических массах, называются токами Фуко.
Следует иметь в виду, что по своей природе токи Фуко есть те же самые индуктированные токи, которые возникают в проводниках, выполненных в виде проволоки, но указанное название присвоено им с тем, чтобы подчеркнуть, что речь в данном случае идет о токах, возникающих в больших металлических массах. Благодаря очень малому сопротивлению металлических масс, даже при небольшом значении индуктированной в них э. д. с., токи Фуко достигают очень больших значений, вызывая чрезмерное нагревание этих масс. В таких металлических массах, как сердечники различных приборов, выделяющееся тепло обычно не используется. С этой точки зрения токи Фуко должны рассматриваться нами как крайне нежелательные, так как затраченная на их образование энергия пропадает бесполезно. Кроме того, нагрев сердечников, вызываемый токами Фуко, опасен и для изоляции тех обмоток, которые располагаются на них. При значительном нагреве сердечников изоляция обмоток может сгореть, и прибор выйдет из строя. Это дает право токи Фуко называть иногда паразитными токами.
Для того чтобы уменьшить токи Фуко, необходимо уменьшить причину, их вызывающую, т. е. индуктированную э. д. с. Действительно, если сердечник сделать не массивным, а составить из отдельных изолированных друг от друга частей (рис. 139, Б), индуктированная э. д. с. в каждой части будет меньше (уменьшилась длина проводника, пересекающего силовые линии), и следовательно, меньше будут и токи Фуко.
Практически железные сердечники, вращающиеся в магнитном поле или пронизываемые изменяющимся магнитным потоком, изготовляются из отдельных железных пластинок толщиной от 0,3 до 0,8 мм, изолированных одна от другой лаком или папиросной бумагой. Электродвижущая сила, возникающая в отдельной тонкой пластинке, будет очень мала, соединиться же с э. д. с. соседней пластинки она благодаря изоляции не может, а поэтому и токи Фуко будут невелики.
Для уменьшения токов Фуко, вызываемых даже этой небольшой э. д. с., к железу добавляют 3—4% кремния, благодаря чему электрическое сопротивление железа увеличивается, а магнитные свойства не ухудшаются. Железо с примесью кремния называется легированным.
Следует помнить, что токи Фуко совершенно уничтожить нельзя вследствие того, что, как бы тонки ни были отдельные пластинки, индуктирование токов Фуко в них все же будет происходить.
Токи Фуко, как и всякий электрический ток, создают свое магнитное поле. Так как токи Фуко являются токами индуктированными, то их направление, а следовательно, и направление
созданного ими собственного магнитного поля, всегда противоположно основному магнитному полю, вызвавшему эти токи. В результате между этими двумя полями возникает взаимодействие, которое используется в некоторых приборах.
В частности, на этом основано действие спидометра — прибора для определения скорости движения машины.
Рис. 140. Принципиальная схема спидометра:
1 — магнит; 2 — хвостовик; 3 — картушка; 4 — подпятник; 5 — ось;
6 — стрелка; 7 — спиральная пружинка
Спидометр (рис. 140) состоит из магнита 7, которому через хвостовик 2 и гибкий валик передается вращение от заднего моста автомобиля, и легкой алюминиевой картушки 3. Картушка покоится на подпятнике 4 и через ось 5 связана со стрелкой 6 спидометра. Для создания противодействующего момента служит спиральная пружинка 7.
При движении машины магнит 1 вращается, причем его магнитное поле пересекает картушку 3 и в ней индуктируются токи Фуко. Токи Фуко вызывают появление вокруг картушки своего магнитного поля, которое, взаимодействуя с полем вращающегося магнита, будет стремиться повернуть картушку на некоторый угол в сторону направления вращения. Этому будет препятствовать закручивающаяся спиральная пружина. Всякое изменение скорости движения машины будет приводить к различной скорости вращения магнита. В результате в картушке будет индуктироваться больший или меньший ток, и следовательно, картушка, а вместе с ней и стрелка будут поворачиваться на больший или меньший угол. По шкале спидометра, соответствующим образом проградуированной, можно определить скорость движения машины.
212
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	В чем заключается сущность явления электромагнитной индукции?
2.	Какими способами можно получить индуктированную э.д.с.?
3.	От чего зависит направление индуктированной э.д.с.?
4.	Для чего служит правило ладони правой руки и как им пользоваться?
5.	От чего зависит величина индуктированной э.д.с.?
6.	Как можно получить индуктированную э.д.с. в контуре?
7.	Как определить направление э.д.с., индуктированной в контуре?
8.	От чего зависит величина индуктированной э.д.с. в контуре?
9.	В чем заключается явление самоиндукции?
10.	От чего зависит величина э.д.с. самоиндукции?
11.	Каково направление э.д.с. самоиндукции в момент замыкания и размыкания цепи и как она влияет при этом на основной ток?
12.	Какие обмотки называются бифилярными?
13.	Для чего служит индукционная катушка и как она работает?
14.	Каково назначение конденсатора в системе зажигания?
15.	Для чего служит магнето и как оно работает?
15.	Что такое токи Фуко и где они возникают?
17.	Как борются с токами Фуко?
18.	Можно ли совсем уничтожить токи Фуко?
19.	Где и как могут быть использованы токи Фуко?
ЧАСТЬ ЧЕТВЕРТАЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Глава XII ГЕНЕРАТОРЫ
1.	ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ГЕНЕРАТОРА
Генераторами (динамомащинами) называются машины, преобразующие механическую энергию в электрическую.
Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции, когда в проводнике, двигающемся в "магнитном поле и пересекающем его магнитные силовые линии, индуктируется э. д. с. Следовательно, такой проводник может нами рассматриваться как источник электрической энергии.
Способ получения индуктированной э. д. с., при котором проводник перемещается в магнитном поле, двигаясь вверх или вниз, очень неудобен при практическом его использовании. Поэтому в генераторах применяется не прямолинейное, а вращательное движение проводника.
Основными частями всякого генератора являются: система магнитов или чаще всего электромагнитов, создающих магнитное поле, и система проводников, пересекающих это магнитное поле.
Возьмем проводник в виде изогнутой петли, которую в дальнейшем будем называть рамкой (рис. 141), и поместим ее в магнитное поле, создаваемое полюсами магнита. Если такой рамке сообщить вращательное движение относительно оси 00, то стороны ее, обращенные к полюсам, будут пересекать магнитные силовые линии и в них будет индуктироваться э. д. с. Присоединив к рамке при помощи мягких проводников электрическую лампочку Л, мы этим самым замкнем цепь, и лампочка загорится. Горение лампочки будет продолжаться до тех пор, пока рамка будет вращаться в магнитном поле. Подобное устройство представляет собой простейший генератор, преобразующий механическую энергию, затрачиваемую на вращение рамки, в электрическую энергию.
Такой простейший генератор имеет довольно существенный недостаток. Через небольшой промежуток времени мягкие проводника, соединяющие лампочку с вращающейся рамкой, скрутятся и разорвутся. Для того чтобы избежать подобных разры-214
bob в цепи, концы рамки (рис. 142) присоединяются к двум медны&. кольцам 1 и 2, вращающимся вместе с рамкой. Эти кольца получили название контактных колец. Отведение электрического тока с контактных колец во внешнюю цепь (к лампочке) осуществляется упругими пластинками 3 и 4, прилегающими к кольцам. Эти пластинки называются щетками.
При таком соединении вращающейся рамки с внешней цепью разрыва соединительных проводов не произойдет, и генератор будет работать нормально.
Рис. 141. Индуктирование э. д. с. в петлеобразном проводнике (рамке), вращающемся в магнитном поле
Рис. 142. Направление индуктированной э. д. с. (и тока) в проводниках А и В рамки, вращающейся в магнитном поле:
1 и 2 — контактные кольца; 3 и 4 — щетки
Рассмотрим теперь направление индуктирующейся в проводниках рамки э. д. с. или, что то же самое, направление индуктированного в рамке тока при замкнутой внешней цепи.
При направлении вращения рамки, которое показано 'на рис. 142, в левом проводнике АА э. д. с. будет индуктироваться б направлении от нас за плоскость чертежа, а в правом ВВ — из-за плоскости чертежа на нас. Так как обе половины проводника рамки соединены между собой последовательно, то индуктированные э. д. с. в них будут складываться, и на щетке 4 будет положительный полюс генератора, а на щетке 3 отрицательный.
Проследим за изменением индуктированной э. д. с. за полный оборот рамки.
Если рамка, вращаясь в направлении часовой стрелки, повернется на 90° от положения, изображенного на рис. 142, то половинки ее проводника в этот момент будут двигаться вдоль магнитных силовых линий, и индуктирование э. д. с. в них прекратится. Дальнейший поворот рамки еще на 90° приведет к тому, что проводники рамки снова будут пересекать силовые линии магнитного поля (рис. 143), но проводник А А будет при этом по отношению к силовым линиям двигаться не снизу вверх, а сверху
215
вниз, проводник же ВВ, наоборот, будет пересекать силовые линии, двигаясь снизу вверх.
При новом положении рамки направление индуктированной э. д. с. в проводниках ДА и ВВ изменится на обратное. Это следует из того, что самое направление, в котором каждый из этих проводников пересекает в этом случае магнитные силовые линии, изменилось. В результате полярность щетдк генератора также изменится: щетка 3 станет теперь положительной, а щетка 4 отрицательной.
Вращая рамку дальше, снова будем иметь движение проводников ДА и ВВ вдоль магнитных силовых линий, а в дальнейшем — повторение всех процессов сначала.
Рис. 143. Изменение направления индуктированной э. д. с. (и тока) при повороте рамки на 180° по отношению к положению, приведенному на рис. 142.
Обозначения те же, что и на рис. 142
Рис. 144. Кривая изменения, индуктированного тока за один оборот рамки
Таким образом, за один полный оборот рамки индуктированная э. д. с. дважды меняла свое направление, причем величина ее за это же время также дважды достигала наибольших значений (когда проводники рамки проходили под полюсами) и дважды равнялась нулю (в моменты движения проводников вдоль магнитных силовых линий).
Вполне понятно, что изменяющаяся по направлению и величине э. д. с. вызовет в замкнутой внешней цепи изменяющийся по направлению и величине электрический ток. Так, например, если к зажимам данного простейшего генератора (рис. 142к 143) присоединить электрическую лампочку, то за первую половину оборота рамки электрический ток через лампочку будет итти в одном направлении, а за вторую .половину оборота — в другом.
Представление о характере изменения тока при повороте рамки на 360°, т. е. за один полный оборот, дает кривая на рис. 144.
Электрический ток, непрерывно изменяющийся по величине и направлению, носит название переменного тока.
216
2.	КОЛЛЕКТОР И ЕГО РОЛЬ
Переменный ток находит в технике очень большое применение. Однако переменный ток не всегда может быть использован. В частности, он не может быть использован для зарядки аккумуляторных батарей, применяемых на колесных и гусеничных машинах-. Поэтому отдаваемый генератором переменный ток необходимо преобразовать в постоянный ток, или, как говорят, выпрямить.
Роль выпрямителя переменного тока выполняет в данном генераторе коллектор.
1 и 2 — коллекторные пластины; 3 и 4 — щетки
В рассмотренном примере, когда магнитное поле пересекается только двумя проводниками, образующими рамку, коллектор будет представлять собой одно кольцо, разрезанное на две части, изолированные одна от другой (рис. 145). В общем случае каждое полукольцо носит название коллекторной пластины. Начало и конец рамки присоединяются каждый к своей коллекторной пластине. Щ^тки располагаются таким образом, чтобы одна из них была всегда соединена с проводником, который-будет двигаться у северного полюса, а другая — с проводником, который будет двигаться у южного полюса.
Для рассмотрения работы коллектора обратимся к рис.- 146, на котором рамка с проводниками А и В показана в разрезе. Для большей наглядности проводник А показан толстым кружком, а проводник В двумя тонкими кружками. Щетки замкнуты на внешнее сопротивление /?; тогда э. д. с., индуктируемая в проводниках, будет вызывать в замкнутой цепи электрический ток Поэтому при рассмотрении работы коллектора можно говорить не об индуктированной э. д. с., а об индуктированном электрическом токе.
Сообщим рамке вращательное движение в направлении по часовой стрелке. В момент, когда вращающаяся рамка займет положение, изображенное на рис. 146, А, в ее проводниках будет индуктироваться наибольший по величине ток, так как проводники пересекают магнитные силовые линии, двигаясь перпендику
217
лярно к ним. Индуктированный ток из проводника В, соединен-
ного с коллекторной пластиной 2, поступит на щетку 4 и, пройдя
внешнюю цепь, через щетку <3 возвратится в проводник А. При этом правая щетка будет положительной, а левая отрицательной.
В следующий момент, когда рамка повернется на 90° (положение Б), ее прободники будут находиться на нейтральной линии, проходящей в середине между полюсами; индуктирование тока в них происходить не будет, так как проводники двигаются вдоль силовых линий и их не пересекают. Соответственно повороту рамки повер-
Рис. 146. Выпрямление переменного тока, производимое
' при помощи коллектора: t и 2 — коллекторные пластины;
3 и 4 — щетки
нутся и коллекторные пластины, и неподвижные щетки, сойдя теперь с пластин, окажутся расположенными между ними.
Дальнейший поворот рамки (положение В) приведет снова к индуктированию тока в обоих проводниках; однако направление тока в проводниках будет противоположно тому, которое они имели в положении А. Так как вместе с проводниками повернутся и коллекторные пластины, то щетка 4 снова будет отдавать электрический ток во внешнюю цепь, а по щетке <3 ток будет возвращаться в рамку.
Отсюда следует, что, несмотря на изменение направления тока в самих вращающихся проводниках, благодаря переключению, произведенному коллектором, направление тока во внешней цепи не измени
Г
лось.
В следующий момент (положение Г), когда рамка вторично • займет положение на нейтральной линии, в проводниках и, следовательно, во внешней цепи тока опять не будет. В последующие моменты времени рассмотренный цикл движений будет повторяться в том же по
рядке.
Таким образом, несмотря на то, что направление индуктированного тока в самих проводниках меняется,
218
направление тока во внешней цепи благодаря коллектору все время будет оставаться одним и тем же, а вместе с этим со-
хранится и полярность щеток.
Представление о характере изменения тока во внешней цепи за один оборот рамки, снабженной коллектором, дает кривая рис. 147. Из кривой видно, что наибольших значений ток достигает в точках, соответствующих 90 и 270°, т. е. когда проводники
пересекают силовые линии непосредственно под полюсами. В точках 0° (360°) и 180° ток во внешней цепи равен нулю, так как проводники, проходя нейтральную линию, силовых линий не пересекают.
Рис. 147. Кривая изменения тока во внешней цепи за один оборот рамки после выпрямления коллектором
Из кривой нетрудно заключить, что хотя направление тока во внешней цепи и остается неизменным, но величина его все
время меняется в пределах от нуля до максимума.
Электрический ток, постоянный по направлению, но переменный по величине, носит название пульсирующего тока.
Для практических целей пульсирующий ток очень неудобен. Поэтому в генераторах стремятся сгладить пульсации и сделать ток более ровным.
3.	ЯКОРЬ. ОБМОТКА ЯКОРЯ
Величина индуктированной в генераторе э. д. с. при прочих
равных условиях зависит В примере с рамкой,
Рис. 148. Железный сердечник с помещенной на нем рамкой (обмоткой): 1 — железный сердечник; 2 — вал
от величины магнитной индукции, вращающейся в магнитном поле, магнитная индукция не может быть получена достаточно высокой, так как воздушный промежуток между полюсами оказывает' большое сопротивление магнитным силовым линиям. Для уменьшения магнитного сопротивления между полюсами вводится круглый железный сердечник 1 (рис. 148), на котором располагаются проводники рамки.
Железный сердечник с расположенными на нем проводниками (обмотками) носит название якоря. Так как сердечник якоря в данном случае имеет форму барабана, якорь с таким сердечником получил название барабанного. Якорь этой конструкции впервые был предложен русским инженером П. Н. Яблочковым.
219
Рис. 149. Расположение секции на сердечнике якоря
обоих торцах сердечника, участия
Пространство между полюсами и сердечником якоря называется между ж слезным пространством.
Междужелезное пространство всегда стремятся сделать возможно меньшим, чтобы уменьшить в нем сопротивление магнитным силовым линиям. Концам полюсов придается вогнутая форма, способствующая лучшему распределению магнитных силовых линий.
Одновременно с увеличением магнитной индукции увеличение индуктированной э. д. с. достигается применением рамки, состоящей не из одного, а из нескольких витков, образующих таоддо образом катушку. В этом случае э. д. с., индуктирующиеся в отдельных витках катушки, будут складываться.
Рамка, состоящая из одного или нескольких соединенных последовательно витков, носит название секции (рис. 149).
Следует иметь в виду, что в индуктировании э.д.с. принимает участие не вся длина проволоки секции, а только часть ее, находящаяся на цилиндрической части сердечника. Отдельные проводники этой части проволоки, пересекающие магнитное поле, носят название активных (действующих) проводников. Части же проволоки, расположенные на в индуктировании э. д. с. при
нимать не будут, так как они перемещаются вдоль силовых линий и служат только для соединения между собой активных проводников; их называют лобовыми соединениями.
Одним увеличением магнитной индукции и числа витков секции получить нужной величины э. д. с. еще не удается. Кроме того, пульсация тока при наличии только одной секции будет чрезмерно большой, что и было видно в примере с простейшей рамкой. Поэтому на сердечнике якоря располагают не одну, а несколько секций. Несколько секций, соединенных соответствующим образом между собой, образуют обмотку якоря.
Соответственно с увеличением числа секций должно быть увеличено и количество пластин коллектора. Как правило, число коллекторных пластин равно числу секций обмотки якоря. '
Рассмотрим вначале, как увеличение числа секций якорной обмотки отразится на пульсациях тока. Предположим, что на сердечнике (рис. 150) размещены две взаимно перпендикулярные секции / и II. При вращении якоря в магнитном поле в каждой секции будут индуктироваться свои э. д. с., но максимальные и нулевые значения э. д. с., а следовательно, и тока, в секции I будут иметь место позже на 90° (х/4 оборота), чем те же значе* ния в секции II. Иначе говоря, в тот момент, когда в о д ней сек-
ции (//) э. д. с. будет иметь максимальное значение, в другой (Z) она будет равна нулю, и наоборот.
Так как практически отдельные секции всегда соединяются между собой, то в конечном счете это даст увеличение общей э. д. с. и снизит пульсации тока.
Из кривой Е (рис. 150) видно, что, во-первых, общая э.д.с. при двух секциях возрастает и, во-вторых, пульсация тока
становится значительно меньшей.
Таким образом, для получения необходимой э. д. с. (или напряжения) генератора и уменьшения пульсаций на сердечнике якоря необходимо располагать сложную обмотку.
Обмотка якоря может быть выполнена различными способами
Рис. 150. Якорь с двумя секциями и кривая индуктированной в них э. д. с.
в зависимости от того, какое напряжение и ток при данной мощности должен развивать генератор. Рассмотрим некоторые из них.
На рис. 151 показана обмотка якоря, состоящая из восьми секций по одному витку в каждой (два активных проводника
Рис. 151. Схема волновой обмотки якоря, состоящей из 16 активных проводников
в секции). Активные проводники занумерованы от 1 до 16. Коллектор расположен со стороны переднего торца сердечника; соединения, выполненные по переднему торцу, показаны сплошными линиями, а по заднему торцу — пунктирными.
Проводник 1 по переднему торцу соединен с первой коллекторной пластиной, а по заднему с проводником 10, который,
Рис. 152. Схема прохождения электрического тока по проводникам обмотки якоря
в свою очередь, соединен со второй коллекторной пластиной. В результате имеем первую секцию, составленную из проводников 1—10. Конец первой секции через вторую коллекторную пластину соединяется со второй секцией, в которую входят проводники 3—12. Вторая секция заканчивается присоединением ее к третьей коллекторной пластине, от которой начинается третья секция с проводниками 5—14 и т. д. Если обмотку будем продолжать и дальше таким же образом, то получим следующее комбинирование проводников в секции: 7—16\ 9—2\ 11—4\ 13—6; 15—8 и, наконец, 1—10. Следовательно, обмотка, начавшие» у первой коллекторной пластины, у нее же и закончилась, образовав таким образом замкнутую систему.
При вращении якоря с обмоткой в магнитном поле в направлении часовой стрелки направление индуктированной э. д. с. может быть легко определено при помощи правила ладони правой руки. Оно указано на рис. 151 крестиками и точками в сечении проводников. Отсюда нетрудно расставить стрелки и на лобовых соединениях, а также выяснить, к каким коллекторным пластинам и в каком направлении будет подводиться ток.
Рассматривая направление стрелок на проводниках у коллекторных пластин, убедимся, что у большинства пластин подведенные к ним э. д. с. одной секции совпадают по направлению с э. д. с. другой секции. Следовательно, э. д. с. этих секций будут складываться.
Исключение представляют лишь коллекторные пластины 1 и 5.
У пластины 1 э. д. с. имеет направление от секций к коллекторной пластине, а у пластины 5, наоборот, э. д. с. имеет направление от пластины к секциям. Эти направления э. д. с. дают возможность определить месторасположение щеток на коллекторе и их полярность.
Там, где э. д. с. обеих секций имеют направление к коллекторной пластине, на коллекторе должна быть установлена положительная щетка, а там, где э. д. с. направлена от пластины к секции, — отрицательная щетка.
Если к щеткам присоединить какой-либо потребитель, по обмоткам якоря генератора пойдет электрический ток, направление которого будет совпадать с направлением стрелок (направление э. д. с.), поставленных на проводниках (рис. 151).
Последовательность прохождения электрического тока по проводникам обмотки якоря можно наблюдать наиболее ясно на рис. 152.
222
Активные проводники обмотки якоря изображены на рисунке толстыми линиями со стрелками, указывающими направление тока в них, и занумерованы теми же номерами, как ина рис. 151. Лобовые же соединения по обоим торцам изображены в виде небольших петелек. Электрический ток, выйдя из обмотки якоря через' положительную щетку и пройдя по внешней цепи, возвратится в обмотку через отрицательную щетку.
В самой обмотке движение тока совершается по двум параллельным цепям, составленным из последовательно соединенных активных проводников.
Таким образом, вся обмотка якоря оказывается разбитой на две параллельно соединенные ветви по восьми активных проводников в каждой. Так как каждый активный проводник мы можем рассматривать как независимый источник э. д. с., то восемь последовательно соединенных проводников дают общую э. д. с., в восемь раз большую. С другой стороны, вторая ветвь, состоящая также из восьми проводников, будучи присоединена к первой параллельно, не дает увеличения э. д. с., но зато в этом случае от обмотки якоря может быть при необходимости получен в два раза больший ток, чем при одной ветви. Для того чтобы можно было оценивать различные по своему выполнению обмотки якоря, а также производить их расчет, приняты определенные условные термины.
Разность номеров соединяемых между собой активных проводников обмотки якоря называется шагом обмотки. Таких шагов всегда бывает два: по переднему торцу якоря (со стороны коллектора) и по заднему торцу. При этом шаг, отложенный по часовой стрелке, называют шагом вперед, а шаг, отложенный против часовой стрелки, шагом назад.
В нашем примере (рис. 151) шаг обмотки по заднему торцу составляет семь (например проводники 1—10, 3—12 и т. д.) и по переднему также семь (проводники 2—11, 4—13), причем шаги на обоих торцах отложены в одну сторону1.
Алгебраическую сумму шагов по переднему и заднему торцам называют полным, или результирующим, шагом. Для нашего примера полный шаг будет равен 7+7=14, так как оба шага отложены в одну сторону.
Для большей наглядности обмотку можно показать еще и в развернутом виде. С этой целью разрежем боковую поверхность якоря между проводниками 8 и 9 и развернем обмотку вместе с коллекторными пластинами на плоскости (рис. 153); при этом под обмоткой расположим полюсы, но так, чтобы они приходились против тех же проводников, что и на рис. 151.
Благодаря развертке соединение отдельных проводников между собой и коллекторными пластинами можно проследить значительно лучше. В частности, обращает на себя внимание то
1 Шаг, отложенный по часовой стрелке, условно считают положительным, а против часовой стрелки — отрицательным.
223
обстоятельство, что обмотка имеет характер чередующихся волн, что и является результатом откладывания шагов по переднему и заднему торцам в одном направлении. Такой тип обмотки носит название волновой.
Однако обмотка этого же якоря может быть выполнена иначе, если принять другие шаги обмоток по переднему и заднему торцам.
Рассмотрим теперь такую обмотку, в которой шаг по переднему торцу составляет пять и откладывается вперед (по часо-
Рис. 153. Развернутая схема волновой обмотки якоря
вой стрелке), а шаг по заднему торцу, равный семи, откладывается назад (против часовой стрелки). Тогда полный шаг рассматриваемой обмотки, равный алгебраической сумме обоих шагов, будет равен +5—7——2. Знак минус указывает, что полный шаг будет откладываться назад.
Рис. 154. Схема петлевой обмотки якоря, состоящей из 16 активных проводников
224
На рис. 154 и 155 показаны соединения активных проводников при принятых шагах обмотки и распределение токов в обмотке.
Если рассматриваемую обмотку развернуть на .плоскость (рис. 156) и сравнить ее с обмоткой, изображенной на рис. 153, то в ходе витков обеих обмоток можно заметить существенную разницу. Витки обмотки (рис. 156) имеют уже характер не волн, а петель, получившихся в результате различных по величине и направлению шагов, отложенных по переднему и заднему торцам. Такая обмотка якоря носит название петлевой.
Перейдем теперь к вопросу о конструкциях якорей генераторов, применяемых в колесных и гусеничных машинах.
Сердечник якоря (рис. 157) набирается из отдельных пластин динамного железа толщиной 0,4—0,5 мм, которые изолируются одна от другой лаком или слоем железной окалины. Благодаря такой конструкции сердечника якоря в нем значительно снижаются потери на токи Фуко. Пластины собираются в пакеты,
которые напрессовываются на стальной вал, Рис. 155. Схема снабженный рифленой накаткой. Пластины прохождения элек-делаются такой конфигурации, что на наруж- тРического т0^а 110 -г jr “• »	г j	проводникам обмот-
нои поверхности сердечника получаются пазы, к ки Якоря в которых размещается обмотка якоря. Число
пазов для автомобильных генераторов колеблется обычно от 12 до 21. Пазы бывают прямые и наклонные. Наклонные пазы пред-
почтительнее, так как при этом железо якоря равномерно входит под полюсы, в силу чего вибрация и шум при работе генератора
значительно уменьшаются.
Рис. 156. Развернутая схема петлевой обмотки
1&Ж
225
Обмотка якоря изготовляется из медной проволоки, изолированной или только хлопчатобумажной пряжей или эмалью и поверх нее хлопчатобумажной пряжей. Обмотка на сердечник якоря наматывается вручную или на специальных станках. На практике применяется как петлевая, так и волновая обмотки.
Рис. 157. Сердечники якорей с коллекторами
Число секций обмотки якоря колеблется в пределах от 24 до 42. Каждая секция состоит из 2—6 витков проволоки.
Для защиты обмотки якоря от вылетания из пазов под действием центробежной силы в верхних частях пазов вставляются
Рис. 158. Якоря генераторов в готовом виде
сквозные деревянные клинья. В некоторых случаях для этих же целей обмотка поверх сердечника стягивается стальными проволочными бандажами.
Коллектор (рис. 159) состоит из ряда сегментов /, назы
ваемых коллекторными
Рис. 159. Разрез коллектора генератора:
1 — сегмент (коллекторная пластина); 2 — «петушок»; 3 — коллекторная муфта; 4 и 5 — конусообразные кольца; 6 — миканитовые прокладки
пластинами, изготовленными из твердотянутой меди. Коллекторные пластины тщательно изолируются одна от другой и от вала якоря прокладками из натуральной слюды или миканита. Выступающая часть 2 коллекторной пластины носит название «петушка» и служит для соединения ее с секциями обмотки якоря, для чего концы последних вводятся в пропил, сделанный на «петушке», и запаива
22(?
ются. Нижняя часть каждой пластины выполняется в виде «ласточкина хвоста».
Коллекторные пластины собираются на коллекторной муфте 3. С обеих сторон муфты устанавливаются два конусообразных кольца 4 и 5, причем одно кольцо наглухо закреплено на муфте, а другое закрепляется после сборки коллекторных пластин развальцовыванием края муфты. Между кольцами и пластинами проложены миканитовые прокладки 6. Собранный таким образом коллектор напрессовывается на конец вала якоря.
Рис. 160. Конструкция щеткодержателей, щеток и траверс:
А — шарнирный щеткодержатель; 1 — шарнир; 2 — винт; 3 — щетка; 4 — стойка; 5 — коллектор; 6 — спиральная пружина; 7 — соединительный жгут; Б и В — коробчатый щеткодержатель; 1 — оправа (щеткодержатель); 2 — спиральная пружина; 3 — нажимная планка
В генераторах применяются угольно-графитные или меднографитные (с небольшим содержанием меди) щетки. Для правильного прилегания к коллектору щетки устанавливаются в щеткодержателе.
Щеткодержатели (рис. 160) выполняются в двух видах: шарнирные. и коробчатые.
Щеткодержатели укрепляются или непосредственно на крышке генератора, или на траверсах той или иной формы, которые в свою очередь устанавливаются на крышке.
4.	СИСТЕМА, СОЗДАЮЩАЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ГЕНЕРАТОРА
В первых типах генераторов для создания магнитного поля применялись постоянные (ст.альные) магниты. Эксплоатационные недостатки постоянных магнитов — значительный вес при относительно небольшом магнитном потоке, способность терять с те/
15*	227
Рис. 161. Корпус двухполюсного генератора:
1 — корпус; 2 — полюс; 3 — катушка полюса (обмотка возбуждения)
чением времени магнитные свойства и невозможность изменять величину магнитного потока — привели к тому, что в современных генераторах магниты были заменены электромагнитами.
В современных генераторах система, создающая магнитное поле, состоит из корпуса, полюсов и обмотки возбуждения.
Корпус 1 (рис. 161) изготовляется из мягкой литой стали и имеет цилиндрическую форму. С внутренней стороны корпуса на винтах крепятся железные полюсы 2.
На каждый полюс перед его креплением к корпусу надевается катушка обмотки возбуждения. Катушки из медной изолированной эмалью или хлопчатобумажной пряжей проволоки изготовляются на специальных шаблонах и каркаса не имеют. После изготовления катушки обматываются плотной хлопчатобумажной лентой и пропитываются изоляционным лаком. Катушки всех полюсов соединяются последовательно и образуют обмотку возбуждения (рис. 163) генератора.
Полюсы с обмоткой возбуждения являются собственно- электромагнитами, создающими магнитный поток, который пересекается обмоткой якоря. Корпус используется как основание; на нем крепятся крышки генератора, в которых на подшипниках
Рис. 162. Полюсы генератора	Рис. 163. Обмотка возбуждения
вращается якорь, и, кроме того, сам корпус является магнитопроводом магнитного потока, создаваемого полюсами. На рис. 164 показан путь магнитного потока по корпусу, полюсам и сердечнику якоря генератора.
Генераторы, у которых магнитный поток, пересекаемый обмоткой якоря, создается двумя полюсами, носят название двухполюсных генераторов.
Генераторы с числом полюсов больше двух называются многополюсными генераторами.
На колесных и гусеничных машинах обычно устанавливаются двухполюсные генераторы, если мощность последних не превы
228
шает 150—200 вт. При большей мощности обычно^ используются четырехполюсные генераторы.
Корпус четырехполюсного генератора показан на рис. 165. На рис. 166 показан путь магнитного потока в таком генераторе. Следует отметить, что ток в обмотках полюсов многополюсного
Рис. 164. Расположение полюсов и путь магнитного потока в двухполюсном генераторе: 1 — корпус; 2 — полюс
Рис. 165. Корпус четырехполюсного генератора: 1—корпус; 2 — полюс; 3 — катушка полюса (обмотка возбуждения)
ток. В генера-
Рис. 166. Расположение полюсов в
и путь магнитного потока четырехполюсном генераторе:
I — корпус; 2 — полюс
генератора должен быть всегда направлен, так, чтобы полярность обращенных к сердечнику якоря сторон полюсов чередовалась (рис. 166).
Как правило, в многополюсных генераторах число щеток делается равным числу полюсов. Так например, в четырехполюсном генераторе имеются четыре щетки, из которых две положительные и две отрицательные. Щетки одного знака соединяются между собой параллельно.
Для создания магнитного потока в генераторе необходимо пропустить по обмотке возбуждения э торах, применяемых на колесных и гусеничных машинах, обмотка возбуждения присоединяется к щеткам и получает электрический ток непосредственно от своей же обмотки якоря..Такие генераторы называются генераторами с самовозбуждением.
В этом случае может возникнуть вопрос: как же возбудится генератор, если в первые моменты его работы магнитного потока полюсов не будет?
Работа генераторов с самовозбуждением обеспечивается благодаря наличию остаточного магнетизма в полюсах и в корпусе
только якорь генератора получит вращательное движение, его проводники будут пересекать слабый поток остаточного магне-
229
генератора. Поэтому, как
тизма и в i-щх будет индуктироваться небольшая э. д. с. Эта э.д.с. вызовет появление в обмотке возбуждения электрического тока, который немного намагнитит полюсы, увеличивая тем самым поток остаточного магнетизма. Увеличение потока приведет к увеличению индуктирующейся в обмотках якоря э.д.с. и к дальнейшему возрастанию тока в обмотке возбуждения и т. д.
Этот процесс носит название возбуждения генератора и завершается очень быстро, после чего генератор может отдавать электрический ток во внешнюю цепь.
В генераторах, предназначенных для специальных целей, как, например, генератор преобразователя напряжения, обмотка возбуждения получает ток не от обмотки якоря, а от постороннего источника, электрической энергии (аккумуляторной батареи).
Такие генераторы называются генераторами ,с н е з а в и симы м возбуждением.
5.	ТИПЫ ГЕНЕРАТОРОВ
Для того чтобы обмотка возбуждения, расположенная на полюсах, могла создавать магнитное поле, через нее должен быть пропущен электрический ток от обмотки якоря. С этой целью обмотку возбуждения генератора соединяют со щетками, снимающими ток с обмоток якоря.
Рис. 167. Принципиальные схемы генёраторов:
А—-сериесный генератор; Б — шунтовой генератор; В — компаундный генератор
В зависимости от того, как соединена обмотка возбуждения с обмоткой якоря, различают три типа генераторов.
1)	Сериесный генератор, в котором обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря (рис. 167, Л).
2)	Шунтовой генератор, в котором обмотка возбуждения соединена параллельно с обмоткой якоря (рис. 167, Б).
3)	Компаундный генератор, в котором обмотка возбуждения разбита на две части; из них одна часть соединена параллельно с обмоткой якоря, а другая последовательно (рис. 167, В).
Практическое применение на колесных и гусеничных машинах получили только шунтовые генераторы, на рассмотрении свойств которых и остановимся.
230
Рис. 168. Схема двухполюсного шунтового генератора
6.	ШУНТОВОЙ ГЕНЕРАТОР
Шунтовым генератором называют такой генератор, обмотка возбуждения которого включена параллельно обмотке якоря.
С этой целью катушки полюсов генератора (рис. 168) соединяются между собой последовательно, а начало и конец всей обмотки присоединяются к положительной и отрицательной щеткам. Благодаря такому включению обмотка возбуждения образует самостоятельную цепь, и следовательно, возбуждение генератора происходит независимо от того, включены ли в его внешней цепи какие-либо потребители или нет. Практически ток, потребляемый обмоткой возбуждения, колеблется в пределах 1—5% от наибольшего тока, на который рассчитан генератор.
Таким образом, когда якорю генератора сообщено определенное число оборотов, а потребители во внешней цепи выключены (нет нагрузки), генератор работает «вхолостую», но на его зажимах поддерживается напряжение, соответствующее данному числу оборотов якоря.
Рассмотрим, как будет изменяться напряжение на зажимах генератора (при неизменном числе оборотов), если нагрузка во внешней цепи будет изменяться.
В момент включения нагрузки во внешней цепи появится ток, который, проходя одновременно по обмоткам якоря, вызовет в них известное падение напряжения, равное произведению тока, проходящего по обмоткам якоря, на сопротивление обмоток якоря. Если обозначить ток, проходящий по обмоткам якоря, через 1а, сопротивление его обмоток через га, то величина падения напряжения в обмотках якоря выразится как произведение ia-re
Поэтому в момент включения нагрузки во внешней цепи напряжение на зажимах генератора уже не будет прежним, а уменьшится на величину падения напряжения в обмотках якоря при данной нагрузке. В зависимости от нагрузки величина напряжения на зажимах генератора будет определяться по следующей формуле:
U = E—(ia-Га),
где U — напряжение на зажимах генератора;
Е — э. д. с., индуктирующаяся в обмотках якоря.
По мере увеличения нагрузки во внешней цепи ток, проходящий по обмоткам якоря, будет увеличиваться, вызывая и соответственно большую величину падения напряжения в обмотках якоря. Поэтому напряжение на зажимах • генератора, как это
231
видно из вышеприведенной формулы, будет постепенно с ростом нагрузки уменьшаться. Однако, ввиду того что сопротивление обмоток якоря (гс) весьма мало, падение напряжения, происходящее в. них (1а-га), вообще говоря, незначительно.
Но даже незначительное уменьшение напряжения на зажимах генератора тотчас же вызовет уменьшение тока в обмотке возбуждения, что в свою очередь приведет к уменьшению магнитного потока, создаваемого полюсами, и следовательно, к еще
большему понижению напряжения на зажимах генератора.
Таким образом, при работе шунтового генератора под нагрузкой уменьшение напряжения на его зажимах происходит в результате:
а)	падения напряжения тока при прохождении его по обмотке якоря;
б)	уменьшения тока в обмотке возбуждения, уменьшающего магнитный поток, создаваемый полюсами.
Кроме того, на снижение напряжения оказывает ел 8) вследствие ослабления
Рис. 169. Кривая изменения напряжения на зажимах шунтового генератора в зависимости от изменения тока во внешней цепи (нагрузки) влияние «реакция якоря» (см. ра: потоком якоря потока полюсов.
Характер изменения напряжения шунтового генератора в зависимости от внешней нагрузки показан на рис. 169 кривой Я, которая от точки О, соответствующей напряжению генератора при холостом ходе, начинает плавно понижаться. Это понижение кривой продолжается до точки В, соответствующей наибольшему току, допустимому для данного генератора. Практически в современных шунтовых генераторах уменьшение напряжения на его зажимах при полной нагрузке не превышает 8—10% напряжения при холостом ходе.
При резком уменьшении сопротивления внешней цепи, например, в момент короткого замыкания, ток, отдаваемый генератором, значительно возрастает сверх номинального, в силу чего напряжение на зажимах вначале быстро понижается, а затем падает до нуля. Соответственно уменьшается и ток, отдаваемый генератором.
Это очень ценное свойство шунтового генератора, так как если бы при коротком замыкании его напряжение не снижалось до нуля, то проходящий по обмоткам якоря большой ток, выделяя значительное количество тепла, привел бы к обугливанию изоляции обмоток. В результате, как принято говорить, «якорь сгорит» и генератор выйдет из строя.
232
Понижение напряжения шунтового генератора до нуля в мо-
мент короткого замыкания можно еще объяснить и тем, что возникшее во внешней цепи весьма ма-
лое сопротивление шунтирует обмотку возбуждения генератора, почти вовсе прекращая в ней ток, что приводит к исчезновению магнитного потока полюсов, а следовательно, и к падению до нуля напряжения генератора.
При этом ток во внешней цепи все же сохраняет некоторое, правда, весьма небольшое, значение, равное отрезку КС, за счет э. д. с., индуктирующейся в якоре от поля остаточного магнетизма полюсов, hoi этот ток не представляет для генератора никакой опасности.
На основании этого говорят, что шунтовой генератор не боится коротких замыканий во внешней цепи. Однако следует помнить, что это справедливо лишь при условии полного короткого замыкания, а не постепенной перегрузки генератора.
На колесных и гусеничных машинах устанавливаются только шунтовые генераторы.
Как правило, генераторы выполняются по однопроводной схеме, т. е. в одних генераторах положительная, а в других отрицательная щетка (щетки) соединяется с корпусом генератора (масса). Вторая щетка (соответственно отрицательная или положительная) выводится на отдельный изолированный зажим, располагаемый на корпусе генератора. Этот зажим является основным зажимом генератора. Около него ставится одна из следующих меток: для генераторов отечественного производства « + Я», «—Я», «+» или «—»; для импортных (американских) генераторов «А».
Обмотка возбуждения присоединяется одним концом к щетке генератора, а другим выводится на вспомогательный изолированный зажим, устанавливаемый рядом с главным. У вспомогательного зажима генераторов отечественного производства ставится метка «Ш», а У .импортных «F».
Рис. 170. Схемы внутренних соединений шунтовых генераторов.-
А — двухполюсный генератор: Б — четырехполюсник генератор: В — принципиальная схеме генератора независимо от числа полюсов
Схемы внутренних соединений генераторов, устанавливаемых на колесных и гусеничных машинах, изображены на рис. 170, а внешний вид некоторых из них — на рис. 171.
Рис. 171. Генераторы, устанавливаемые на колесных и гусеничных машинах
Слева направо: ДСФ-500-Т, ГА и ГБФ
В табл. 14 приводится маркировка и
генераторов отечественного производства.
электрические данные
Таблица 14
Маркировка и электрические данные генераторов
Марка генератора	Напряжение в в	Мощность вШ	Число полюсов	Поддержание постоянного напряжения осуществляется посредством	Марка реле-регулятора (или реле обратного тока)	Машина, на которой устанавливается генератор f
ГБФ	6	80	2	Третьей щетки	ЦБ-4118	Автомобили ГАЗ-2А, ГАЗ-ЗА и ЗИС-5
ГМ	6	120	2	* »	ЦБ-4118	Автомобиль М-1
ГЛ	6	150	2	»	V	РЗ-69	Автомобиль ЗИС-101
ГА	12	250	4	Регулятором напряжения	РРА	Автобусы
ГТ	24	1000	4	То же	РРА-24ф )	Танки
Г-73	24	1500	4		РРТ-24 }	
ГТ-17	24	2000	4	•	РРТ-25 J	
7.	ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА ГЕНЕРАТОРА
Электродвижущая сила, индуктирующаяся в любом проводнике, зависит от того, какое количество магнитных силовых линий проводник пересечет в 1 секунду.
Любой проводник обмотки якоря генератора, вращаясь в магнитном поле, за один оборот пересекает магнитный поток, создаваемый каждой парой полюсов, два раза. Если магнитный поток, создаваемый парой полюсов, обозначить через Ф, то общее 234
число магнитных силовых линий, пересеченное проводником за один оборот, составит 2Ф.
При числе пар полюсов генератора больше одной (например у четырехполюсного генератора) величину 2Ф необходимо умножить на р — число пар полюсов. Следовательно, общее число силовых линий, пересеченное проводником за один оборот, составит для любого генератора 2рФ.
Но число оборотов машины всегда берется за промежуток времени 1 минута. Поэтому, если якорь генератора делает п оборотов в минуту, то в секунду это будет составлять. -эд- оборотов, а продолжительность одного оборота, выраженная в се-кундах, будйт обратной величиной, т. е. — секунд.
Зная число пересекаемых проводником магнитных силовых линий за один оборот (2рФ) и время в секундах (—-), в течение которого происходит их пересечение, можно определить величину индуктированной э. д. с.
Г- 2^1 с ~ 60 ’
п.
или, произведя сокращение, получим
р _ 2рФп   рФл с 60	1F
Обмотка якоря генератора состоит не из одного, а из нескольких активных проводников, соединенных таким образом, что э. д. с., индуктирующиеся в них, складываются. Однако, принимая во внимание, что обмотка якоря образует две, а иногда и большее число параллельных цепей, общая э. д. с. будет во столько раз меньше, сколько параллельных цепей имеет обмотка. Поэтому, если число активных проводников обмотки якоря равно У, а число параллельных цепей 2а, то в расчет должно приниматься только проводников.
Теперь для определения общей э. д. с. генератора (Е) остается только помножить э. д. с., индуктирующуюся в одном проводнике, на число проводников, принимаемое в расчет:
Р__ рФп N _ p$nN
30“ ’ Та ~~ *60а~ ‘
Для того чтобы выразить индуктированную э. д. с. в вольтах, магнитный поток должен быть взят в веберах.
В результате получим следующее выражение:
Д7  p$nN 	560	•
Пользоваться этой формулой можно для определения э.д.с. генератора с любым числом полюсов.
235
8.	РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ ГЕНЕРАТОРА
В работающем без нагрузки генераторе проводники обмотки якоря пересекают равномерно распределенный в междужелезном пространстве (рис. 172, А) магнитный поток полюсов.
Если цепь обмотки якоря замкнуть на какой-нибудь потребитель (создать нагрузку), э. д. с., индуктирующаяся в проводниках обмотки, вызовет появление в них тока, и вокруг сердечника якоря, ставшего теперь своего рода электромагнитом, возникает собственный магнитный поток, называемый потоком якоря (рис. 172, Б).
Рис. 172. Реакция якоря генератора:
А — распределение магнитного потока полюсов при отсутствии нагрузки (тока в обмотках якоря нет); Б — распределение магнитного потока якоря при прохождении по нему тока;
В — результирующий магнитный поток полюсов в нагруженном генераторе
Взаимодействие потока якоря с потоком полюсов вызовет отклонение магнитного потока полюсов в сторону направления вращения якоря и перераспределение магнитных силовых линий в междужелезном пространстве. Произойдет это потому, что под одним краем полюса магнитный поток якоря будет направлен против потока полюсов, а под другим краем того же полюса совпадать с ним по направлению.
Таким образом, если ранее магнитный поток полюсов распределялся в междужелезном пространстве равномерно (положение Л), то теперь под «набегающим» краем каждого полюса будет иметь место ослабление магнитного потока (рис. 172, положение В), так как в этом месте силовые линии поля якоря и полюсов направлены навстречу одни другим. Под «сбегающим» концом полюса, где направления силовых линий якоря и полюсов совпадают, произойдет усиление магнитного потока. Описанное явление называется реакцией якоря.
Как результат искривления магнитного потока полюсов нейтральная линия 00, перпендикулярная к направлению силовых линий, переместится в направлении вращения якоря и займет положение OiOi (рис. 172, В). Так как магнитный поток якоря зависит от нагрузки на генератор и растет с ее увеличением, то очевидно, что вместе с ростом нагрузки будет увеличиваться 236
и реакция якоря, а нейтральная линия будет отклоняться на больший угол в сторону направления вращения. В соответствии с этим щетки в прежнем месте нельзя оставлять из-за сильного искрения под ними, вызванного тем, что проводники обмотки, соединенные с соседними коллекторными пластинами, замыкаемые щетками, будут теперь находиться не на нейтральной линии. Значит, в них будет индуктироваться э. д. с. и при замыкании их щеткой накоротко появится ток, приводящий к появлению искры и обгоранию рабочей поверхности коллектора.
Поэтому при всяком изменении нагрузки на генератор и перемещении в новое положение нейтральной линии щетки также должны перемещаться по коллектору в том же направлении. Это крайне неудобно, так как генератор требует дополнительных устройств ^ля перемещения щеток и постоянного контроля за их положением при изменении нагрузки.
Отсюда следует, что реакция якоря должна рассматриваться как нежелательное явление, с которым необходимо бороться.
В генераторах, применяемых на колесных и гусеничных машинах, ввиду их небольших габаритов указанные мероприятия провести не представляется возможном. Поэтому в них ограничиваются только смещением щеток в направлении вращения якоря в какое-то среднее положение, при котором изменение нагрузки не вызывало бы значительного искрения под щетками.
В некоторых случаях искривление магнитного потока полюсов и перераспределение его в междужелезном пространстве, вызванное реакцией якоря, используется как средство, обеспечивающее поддержание постоянства зарядного тока, отдаваемого генератором при изменяющемся числе оборотов его якоря. Примером могут служить генераторы с третьей щеткой.
9.	РЕГУЛЯТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ
В отличие от стационарных генераторы, устанавливаемые на колесных и гусеничных машинах, работают при переменном числе оборотов якоря, изменяющемся в широких пределах в зависимости от условий местности и скорости движения по ней машины.
При изменяющемся числе оборотов якоря генератора напряжение его также будет меняться по величине, значительно отклоняясь от допустимых пределов. Практически, если генератор рассчитан на напряжение 12 в при числе оборотов якоря 1200, то при числе оборотов 2500—3000 его напряжение может достигнуть 35—40 в. Если же число оборотов будет ниже 1200, то соответственно и напряжение генератора будет меньше 12 в.
Такое непостоянство напряжения генератора, конечно, не может удовлетворять условиям эксплоатации, так как потребители,'рассчитанные на определенное напряжение (например 12 в), при понижении его могут отказать в действии и, наоборот, при чрезмерном увеличении напряжения выйти из строя (перегореть). Кроме того, установленная на колесной или гусеничной машине
237
аккумуляторная батарея будет получать очень большой зарядный ток при повышении напряжения генератора сверх нормального. Большой зарядный ток опасен и для батареи, и для генератора. В первом случае он может привести к короблению пластин и выкрашиванию активной массы аккумуляторов, а во втором — к перегрузке генератора, следствием которой может
быть сгорание изоляции обмоток и выход генератора из строя.
Выше приведенные примеры достаточно убедительно говорят о необходимости применения в генераторах, устанавливаемых на колесных или гусеничных машинах, специальных приборов или устройств, при помощи которых
Рис. 173. Схема включения в обмотку возбуждения генератора регулировочного реостата
напряжение генера-
тора поддерживалось бы постоянным, независимо от числа обо-
ротов коленчатого вала двигателя.
Для получения постоянного напряжения на зажимах генератора при изменяющемся числе оборотов необходимо пропорционально увеличивающемуся числу оборотов якоря (свыше оборотов, при которых генератор дает номинальное напряжение) уменьшить магнитный поток полюсов и, наоборот, при уменьшении числа оборотов якоря поток полюсов увеличивать. Соблюдая указанную зависимость между числом оборотов и потоком полю
сов, можно получить практически постоянное напряжение на зажимах генератора.
Изменение магнитного потока полюсов достигается изменением тока в обмотке возбуждения генератора при помощи последовательно включенного с ней реостата (рис. 173). Однако изменение тока реостатом неудобно в практическом отношении.
Поэтому вместо реостата применяют постоянное сопротивление, периодически вводимое в обмотку возбуждения на тот или иной очень малый промежуток времени специальным автоматически действующим прибором, получившим название регуля-
тора напряжения.
Регулятор напряжения (рис. 174) состоит из железного сердечника /, на котором помещена шунтовая обмотка Ш, включенная параллельно с щетками генератора. Против сердечника на пластинчатой пружине 2 укреплен железный якорек 3 с подвижным контактом 4. Неподвижный контакт 5 установлен против подвижного контакта и соединен с массой. Конец обмотки возбуждения В генератора, выведенный на. отдельный зажим (ZZ7), присоединен к пластинчатой пружине 2 и через сомк
238
нутые контакты 4 и 5 и массу соединяется с минусом генератора. Параллельно сомкнутым контактам включено дополнительное сопротивление R, вводимое при размыкании контактов в цепь обмотки возбуждения.
Рис. 174. Принципиальная схема регулятора напряжения:
1 — сердечник регулятора; 2 — пластинчатая пружина; 3 — якорек; 4 и 5 — контакты; В—обмотка возбуждения; R— дополнительное сопротивление
При вращении якоря генератора генератор начнет возбуждаться и напряжение, возникшее на его зажимах, приведет к появлению тока в шунтовой обмотке регулятора. По мере роста напряжения генератора намагничивание сердечника будет увеличиваться, и он будет стремиться притянуть к себе якорек 3. Но пластинчатая пружина 2 регулятора так отрегулирована, что якорек может притянуться к сердечнику лишь при напряжении генератора, превышающем допустимую величину. Так, например, если генератор рассчитан на 12 в, то пружина регулируется так, чтобы якорек притянулся сердечником при напряжении 13—13,5 в.
< Как только якорек 3 начнет двигаться к сердечнику, контакты 4 и 5 разомкнутся. При этом конец обмотки возбуждения (ZZZ) окажется соединенным с отрицательной щеткой генератора не непосредственно (сомкнутые контакты 4 и 5), а через дополнительное сопротивление R. В результате ток в обмотке возбуждения начнет уменьшаться, а вместе с тем уменьшится и напряжение на зажимах генератора. Это приведет к уменьшению тока в шунтовой обмотке U1 регулятора, отчего уменьшится намагничивание сердечника, и якорь под действием пластинчатой пружины отойдет в начальное положение, сомкнув контакты 4 и 5.
Дополнительное сопротивление будет шунтировано; ток в обмотке возбуждения начнет снова увеличиваться, а вместе с ним будет повышаться и напряжение генератора. В результате повышения напряжения произойдет новое размыкание контактов и включение в обмотку возбуждения дополнительного сопротивления и т. д.
239
Таким образом, несмотря на увеличение числа оборотов генератора благодаря периодическому введению в обмотку возбуждения дополнительного сопротивления, напряжение на его
зажимах будет только колебаться в определенных пределах, не
возрастая больше допустимой, заранее установленной величины.
Рис. 175. Регулятор напряжения
Рассмотренный выше регулятор напряжения является простейшим.
Применяемые на подавляющем большинстве колесных и гусеничных машин регуляторы напряжения (рис. 175) имеют на сердечнике не одну, а две-четыре обмотки и в некоторых случаях большее число контактов (многоступенчатые регуляторы). Это дает
возможность сделать
колебания напряжения генератора, тора, практически незаметными.
вызванные работой регуля-
Регулятор напряжения монтируется в отдельной коробке вместе с другим прибором, также обеспечивающим работу генератора— реле обратного тока (см. раздел 11).
10.	ТРЕХЩЕТОЧНЫЙ ГЕНЕРАТОР
Регулятор напряжения устанавливается, как правило, в генераторах мощностью 100—120 вт и выше.
В генераторах меньшей мощности, применяемых главным', образом на автомобилях, предпочитают не устанавливать сложг; ные регуляторы напряжения, а применять систему регулирова-. ния при помощи третьей щетки.
Особенностью таких генераторов является присоединение одного конца обмотки возбуждения Д (рис. 176, Л) к дополнительной щетке С, расположенной между главными щетками А и В. При таком включении ток в обмотке возбуждения генератора будет зависеть только от величины э.д.с., индуктирующейся в' проводниках, расположенных между главной щеткой А и дополнительной С. Дополнительная щетка получила название третьей щетки, отчего и генератор называется генератором с третьей щеткой, или трехщеточным.
Принцип действия генератора с третьей щеткой основан на явлении реакции якоря. Работа генератора протекает следующим образом.
240
Когда напряжение генератора равно э. д. с. аккумуляторной
батареи, зарядный ток отсутствует, а вместе с ним отсутствует
поток якоря, и магнитный дужелезном пространстве увеличения числа оборотов индуктируемая э. д. с. в обмотках якоря будет увеличиваться, вызывая появление зарядного тока, а вместе с ним и потока якоря. Магнитный поток полюсов будет при
поток полюсов распределяется в межравномерно (положение 4). По мере
этом смещаться в сторону направления вращения, и тем больше, чем значительнее будет зарядный ток. Такое смещение потока (положения Б и В) даст ослабление его на участке между основной
Рис. 176. Принципиальная схема работы генератора с третьей щеткой
А и третьей С щетками, что приведет к уменьшению э. д. с., индуктируемой в проводниках, заключенных между этими щетками, а следовательно, и к уменьшению тока в обмотке возбуждения. В результате магнитный поток полюсов будет уменьшаться. Уменьшение магнитного потока приведет к уменьшению э. д. с., индуктируемой между главными щетками А и В, и следо-
вательно, к уменьшению зарядного тока, отдаваемого генератором.
Таким образом, всякое увеличение зарядного тока при увеличении числа оборотов якоря генератора неизбежно связано с уменьшением потока полюсов, чем и достигается индуктирование в обмотках якоря примерно постоянной э. д. с., вместе с которой примерно постоянным остается и зарядный ток. Вот почему эти генераторы часто называют генераторами с регулировкой тока.
Третья щетка делается подвижной. Перемещая ее по коллектору в направлении вращения, силу зарядного тока можно увеличить; при перемещении против направления вращения — уменьшить.
Основным недостатком генератора с третьей щеткой является обязательное наличие исправной аккумуляторной батареи, включенной параллельно генератору. Без батареи генератор работать не может. Если батарея во время работы случайно отъединится, напряжение генератора резко возрастет, что небезопасно для потребителей и для самого генератора.
В отличие от трехщеточных генераторы с регуляторами напряжения могут работать как с аккумуляторными батареями, так и без них.
16-569
241
11.	ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА ГЕНЕРАТОРА И АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ. РЕЛЕ ОБРАТНОГО ТОКА. РЕЛЕ-РЕГУЛЯТОРЫ
Устанавливаемый на колесной или гусеничной машине генератор работает всегда совместно с аккумуляторной батареей *.
Работа этих приборов осуществляется следующим образом.
Аккумуляторная батарея питает потребители в то время, когда генератор не работает, например на остановках, или когда вследствие небольшого числа оборотов коленчатого вала двигателя напряжение на зажимах генёратора еще не достигло номиналь-
Рис. 177. Параллельная работа генератора и аккумуляторной батареи:
А — генератор выключен, потребители питаются от аккумуляторной батареи;
Б — генератор включен, питает потребители и заряжает аккумуляторную батарею
ной величины (рис. 177, А). С увеличением числа оборотов коленчатого вала двигателя напряжение генератора достигает номинальной величины, и с этого момента он начинает питать потребители и одновременно заряжать аккумуляторную батарею (рис. 177, Б).
Для обеспечения совместной работы генератор соединяется с аккумуляторной батареей параллельно. Рассмотрим условия параллельной работы генератора и аккумуляторной батареи на конкретном примере.
1 Исключение составляют лишь некоторые сельскохозяйственные трак* торы, на которых устанавливается только генератор.
242
Предположим вначале, что э.д.с. аккумуляторной батареи равна 12 в и генератор при данном числе оборотов якоря поддерживает напряжение на зажимах также 12 в. Потребители во внешней цепи выключены. Если теперь соединить генератор и аккумуляторную батарею параллельно, ток в цепи будет отсутствовать, так как напряжение генератора будет уравновешиваться одинаковой по величине э.д.с. аккумуляторной батареи. Для того чтобы в цепи возник зарядный ток в направлении от генератора к аккумуляторной батарее, необходимо увеличить э. д. с., индуктирующуюся в обмотках его якоря. Достигнуть этого можно хотя бы увеличением числа оборотов якоря. Предположим, что нам удалось увеличить э. д. с., индуктирующуюся в обмотках якоря генератора, до 12,6 в. Теперь преобладающей э. д. с. в цепи будет э. д. с. генератора, и ток из него пойдет в аккумуляторную батарею.
Величина его будет зависеть от разности действующих в цепи э.д.с., деленной на полное сопротивление цепи:
I _ ^ген ^бат
га + гб '
Пример 1. Определить зарядный ток в цепи батарея — генератор, если э.д.с. аккумуляторной батареи равна 12 в, а в обмотках якоря генератора индуктируется э.д.с. 12,6 в. Внутреннее сопротивление генератора 0,1 ом, а батареи 0,02 ом (потерями в соединительных проводах пренебрегаем).
Решение. Подставив известные величины в формулу, получим 12,6 —12 _ 0,6
7 ~ 0,1 4- 0,02 “ 0,12 ~	‘
Следовательно, зарядный ток будет равен 5 а.
Для увеличения зарядного тока э.д.с. генератора должна быть увеличена и для уменьшения, наоборот, уменьшена. Это достигается изменением регулировки регулятора напряжения или перемещением третьей щетки (в трехщеточных генераторах).
Из сказанного следует, что зарядка генератором аккумуляторной батареи будет происходить только в том случае, если э.д.с., индуктирующаяся в обмотках якоря, будет преобладающей в цепи.
Однако с уменьшением числа оборотов двигателя, от которого получает вращение якорь генератора, э. д. с. генератора может понизиться до величины, меньшей э. д. с. батареи. В этом случае начинается обратный процесс — разрядка батареи через генератор.
Последнего ни в коем случае допускать нельзя, так как разрядный ток, проходящий через генератор, благодаря незначительному сопротивлению обмоток якоря может достигнуть очень большой величины, что вызовет бесполезную разрядку батареи и приведет к сгоранию изоляции обмоток. В результате генератор может выйти.из строя.
Совершенно очевидно, что генератор должен быть своевременно выключен, чтобы он мог быть снова включенным, когда 16*	243
его напряжение с новым увеличением числа оборотов двигателя поднимется до необходимой величины.
Своевременное включение и выключение генератора не может быть поручено механику-водителю, а должно совершаться автоматически. Для этого все генераторы, работающие совместно с аккумуляторной батареей, снабжаются автоматически действующими приборами, получившими название реле обратного тока.
Рис. 178. Принципиальная схема реле обратного тока:
1 — сердечник; 2 — пластинчатая пружина; 3 — якорек; 4— неподвижный контакт; 5—по-' движиый контакт; Ш—шунтовая обмотка; С — сериесная обмотка
Реле обратного тока (рис. 178) состоит из железного сердечника 7, на котором намотаны две обмотки — шунтовая Ш (из большого числа витков тонкой проволоки) и сериесная С (из нескольких витков толстой проволоки). Над сердечником на пластинчатой пружине 2 укреплен железный якорек 3 с подвижным контактом 5. Против подвижного контакта установлен неподвижный контакт 4.
Если генератор не работает, то контакты 4 и 5 разомкнуты и он выключен. Питание потребителей при этом осуществляется от аккумуляторной батареи. Если якорь генератора получит вращательное движение, генератор начнет возбуждаться и напряжение на его зажимах будет постепенно увеличиваться. Это вызовет появление тока в шунтовой обмотке Ш и намагничивание сердечника реле обратного тока, который будет стремиться притянуть к себе железный якорь 3. Пружина 2 отрегулирована так, что это может произойти только в том случае, если напряжение генератора достигнет величины, несколько большей э.д.с. батареи. В этот момент якорек, притянувшись к сердечнику, замкнет контакты 4 и 5, отчего генератор окажется соединенным с аккумуляторной батареей, и начнется ее зарядка. Зарядный ток, проходящий по сериесной обмотке С, будет совпадать по направлению с током шунтовой обмотки Ш, отчего сердечник
244
реле обратного тока получит дополнительное намагничивание, способствующее более плотному соединению контактов 4 и 5.
В том случае, если напряжение генератора снизится до величины, меньшей номинальной, ток из аккумуляторной батареи пойдет в генератор.- Проходя по сериесной обмотке, но уже в противоположном направлении, ток размагнитит сердечник, и якорек 3 под действием пластинчатой пружины разомкнет контакты 4 и 5.
Рис. 179. Реле обратного тока и регулятор напряжения, установленные в общем кожухе. Крышка с кожуха снята
Генератор будет отъединен от батареи, и разрядка ее через генератор будет предотвращена.
В трехщеточных генераторах реле обратного тока устанавливается непосредственно на его корпусе.
В тех случаях, когда генератор снабжается регулятором напряжения, реле обратного тока устанавливается вместе с ним в специальном кожухе, который монтируется, как правило, отдельно от генератрра (рис. 179).
Прибор, состоящий из реле обратного тока и регулятора напряжения, установленных в общем кожухе, называется реле-регулятором.
В реле-регуляторах, работающих вместе с генераторами повышенной мощности, иногда устанавливают третий прибор, называемый ограничителем тока генератора (рис. 180). В его задачу входит автоматическое ограничение тока, отдаваемого генератором, не свыше допустимого предела.
245
По своему устройству ограничитель тока аналогичен регулятору напряжения, отличаясь от него тем, что на сердечнике расположена не шунтовая, а сериесная обмотка, по которой проходит весь ток, отдаваемый генератором. Таким образом, намагничивание сердечника ограничителя находится в зависимости не от изменения напряжения, а от изменения тока, отдаваемого генератором.
Рис. 180. Принципиальная схема генератора и реле-регулятора Реле-регулятор состоит из трех приборов: регулятора напряжения, ограничителя тока и реле обратного тока
В остальном ограничитель тока действует так же, как и регулятор напряжения, уменьшая напряжение генератора, а следовательно, и отдаваемый им ток.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Объясните принцип действия генератора.
2.	Каково назначение коллектора и как он работает?
3.	Расскажите об устройстве якоря генератора.
4.	Какие типы обмоток якорей находят применение?
5.	Как создается магнитное поле генератора?
6.	Расскажите об устройстве магнитной системы генератора.
7.	Назовите типы генераторов.
8.	Почему шунтовый генератор не боится коротких замыканий?
9.	От чего зависит э.д.с. генератора?
10.	Что такое реакция якоря?
11.	Перечислите особенности работы генераторов, применяемых на колесных и гусеничных машинах.
12.	Каковы назначение и принцип действия регулятора напряжения?
13.	При каких условиях генератор будет заряжать аккумуляторную батарею?
14.	Объясните принцип действия генератора с третьей щеткой.
15.	Для чего служит реле обратного тока?
16.	Объясните работу реле обратного тока,
17.	Что такое реле-регулятор?
Глава XIII
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МОТОРЫ
1.	ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМОТОРА
При вращении якоря генератора и пересечении проводниками его обмотки магнитного потока полюсов в проводниках индуктируется э. д. с. При наличии замкнутой внешней цепи э. д. с., индуктирующаяся в обмотке якоря генератора, вызовет появление во внешней цепи электрического тока. Таким образом, генератор преобразует механическую энергию в энергию электрическую.
Однако ранее было установлено, что если по какому-либо проводнику, помещенному в магнитном поле, проходит электрический ток, этот проводник будет сам перемещаться в магнитном поле, т. е. в данном случае будет происходить обратный, нежели в генераторе, процесс — преобразование электрической энергии в механическую. Следовательно, можно предположить, что если по обмоткам якоря генератора пропустить электрический ток от постороннего источника электрической энергии, его якорь придет во вращательное движение.
Опыты полностью подтверждают эту возможность. На основании этого говорят, что генератор постоянного тока есть машина обратимая, так как ее можно использовать не только в качестве источника электрической энергии, но и в качестве машины, преобразующей электрическую энергию в механическую, т. е. в качестве.электромотора.
Электромотором (или электродвигателем) называется машина, преобразующая электрическую энергию в механическую.
Первый в мире электромотор постоянного тока был изобретен академиком Б. С. Якоби в 1837 г. Этот электромотор был установлен на шлюпке и давал ей возможность двигаться против течения реки.
Обратимость электрических генераторов и электромоторов постоянного тока впервые была открыта несколько позже (1843 г.) русским физиком-.Э. X. Ленцем.
Рассмотрение работы электромотора начнем ,с простейшей системы. Предположим, что на железном сердечнике (рис. 181, Л),
247
внесенном в магнитное поле, расположена секция из одного витка, активные проводники которой показаны в разрезе.
Если пропустить по секции электрический ток, то в одном проводнике секции он будет проходить в направлении от нас за плоскость рисунка, а в другом, наоборот, из-за плоскости рисунка к нам.	✓
Зная направление силовых линий магнитного потока полюсов и направление тока в проводниках, при помощи правила ладони левой руки можно определить направление движения
Рис. 181. Направление вращения якоря с одной секцией, по которой пропущен электрический ток, в магнитном поле:
А — направление действия сил на проводники секций в начальный момент; Б — направление действия сил на проводники секций при повороте на 90° от начального при неизменном направлении тока в секции
каждого проводника. При этом окажется, что левый проводник будет двигаться вверх, а правый вниз.
В результате на проводники и якорь машины, на котором они укреплены, будут действовать две силы, равные по величине, но направленные в противоположные стороны. Такие две силы носят название пары сил; они могут сообщить якорю только вращательное движение. Якорь начнет вращаться в данном случае в направлении по часовой стрелке.
Вращение якоря будет продолжаться только до тех пор, пока левый проводник не выйдет из-под северного полюса, а правый из-под южного, т. е. пока якорь с проводниками, пройдя по инерции нейтральную линию ОО\, займет положение, изображенное на рис. 181, Б. Если при этом положении направление тока в обоих проводниках не будет изменено, направление движения проводников изменится на обратное, в ч§м нетрудно убедиться, применив к каждому из них правило ладони левой руки.
Таким образом, начавшееся вращательное движение якоря будет прекращено, и последний, сделав несколько колебательных движений, остановится в таком положении, которое будет соответствовать расположению проводников на нейтральной линии, где действие сил на проводники якоря будет взаимно уравновешиваться.
248
Отсюда следует, что для осуществления вращательного движения якоря необходимо при прохождении проводниками нейтральной линии изменить направление тока в них на обратное. Тогда вращательное движение проводников, а вместе с ними и якоря будет продолжаться в том же направлении, как и ранее, т. е. по часовой стрелке.
2.	КОЛЛЕКТОР И ЕГО РОЛЬ
Итак, непрерывное вращательное движение якорь электромотора будет иметь только в том случае, если при прохождении проводников через нейтральную линию в них будет изменяться направление электрического тока. Вполне понятно, что это должно совершаться автоматически.
Роль такого автоматического переключателя направления тока во вращающихся проводниках якоря электромотора выполняет коллектор.
Если в генераторе коллектор служит для выпрямления переменного тока в постоянный, то в электромоторе роль коллектора сводится к распределению тока в обмотках якоря таким образом, чтобы в течение всего времени работы электромотора в проводниках, находящихся в данный момент под северным полюсом, ток проходил постоянно в каком-либо
Рис. 182. Изменение направления тока в проводниках обмотки якоря, производимое коллектором:
1 и 2 — щетки; 3 и 4 — полукольца (коллекторные пластины)
одном направлении, а в проводниках, находящихся под южным полюсом, — в противоположном направлении.
В рассматриваемом примере, когда обмотка якоря состоит только из двух действующих проводников, коллектор будет представлять два полукольца 3 и 4 (рис. 182), к которым и при
249
соединяются проводники. Подведение тока осуществляется двумя щетками 1 и 2.
Работа коллектора протекает следующим образом.
Якорь с проводниками (рис. 182, Л) при данном направлении тока в них, вращаясь в направлении часовой стрелки, поворачивает одновременно и коллекторные пластины 3 и 4. В тот момент, когда проводники А и Б пройдут нейтральную линию (рис. 182, Б), направление тока в проводниках изменится, так как коллекторная пластина 3 окажется теперь соединенной с положительной щеткой 2, а коллекторная пластина 4 с отрицательной щеткой 1. Благодаря изменению направления тока в проводниках направление действия сил на проводники останется прежним, и якорь будет продолжать вращаться. Дальнейший поворот проводников на 180° дает новое изменение направления тока в проводниках и т. д.
Благодаря изменяющемуся направлению тока в проводниках в момент прохождения ими нейтральной линии направление действия сил на проводники сохраняется, и якорь*получит непрерывное вращательное движение.
Итак, вращение якоря электромотора происходит в результате появления пары сил, действующих на два проводника.
Произведение одной из пары сил на плечо, т. е. на диаметр якоря, носит название вращающего (крутящего) момента.
Величина вращающего момента определяется как произведение силы, действующей на проводник, в килограммах на длину плеча в метрах и, следовательно, измеряется в килограммометрах.
3.	УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОМОТОРА
В рассмотренном выше примере вращение якоря являлось
результатом взаимодействия только двух проводников его
с магнитным потоком полюсов секции, по которым был пропущен ток. Совершенно естественно, что вращаю-“—	щий момент, развиваемый
электромотором, в этом случае будет очень небольшой. Для того чтобы его увеличить, стремятся увеличить количество ак------ ' тивных проводников, снабжая якорь более
Рис. 183. Принципиальная схема обмотки СЛОЖНОЙ обмоткой.
якоря двухполюсного электромотора
тромотора ничем от рассмотренных
По характеру выполнения обмотка якоря элек-нами обмоток якоря гене-
ратора не отличается.
В качестве примера н® рис. 183 приведена схема простейшей обмотки якоря двухполюсного электромотора. Обмотка состав-
250
лена из четырех секций по одному витку в каждой, что дает восемь активных проводников. Практически число располагаемых на якоре секций бывает значительно больше, а также больше и число витков в каждой секции (рис. 184).
Увеличивая -количество активных проводников обмотки
одновременно и к лучшему их использованию.
якоря, стремятся
Рис. 184. Якорь электромотора:
I — железный сердечник якоря; 2 — вал; 3 — коллектор
Достигается это применением большего количества полюсов, между которыми вращается якорь.
Электромоторы, в которых магнитное поле создается не двумя, а большим числом полюсов, называются м н о г о п о-л ю с н ы м и.
Рис. 185. Система, создающая магнитное поле электромотора:
1 — корпус электромотора; 2 — полюс; 3 — катушки полюсов (обмотка возбуждения)
Так же, как и в генераторах, система, создающая магнитный поток, включает в себя корпус, полюсы и расположенную на полюсах обмотку возбуждения (рис. 185). В остальном устройство электромотора почти ничем не отличается от устройства генератора.
4.	ПРОТИВОДЕЙСТВУЮЩАЯ Э. Д. С.
Из предыдущего было установлено, что в результате взаимодействия проводников обмотки якоря, по которым пропущен ток, и магнитного потока полюсов якорь электромотора получает вращательное движение.
251
Рис. 186. Направление противодействующей э. д. с.
В то же время проводники обмотки якоря, вращаясь в магнитном потоке полюсов, будут сами пересекать этот поток, и в них, как и в проводниках обмотки якоря генератора, будет индуктироваться э.д.с.
Для выяснения влияния индуктированной э.д.с. на работу электромотора необходимо определить ее направление. С этой целью возьмем петлеобразный проводник (рис. 186) и пропустим по нему ток в направлении, указанном %а рисунке сплошными стрелками. При помощи правила ладони левой руки определим направление вращения петлеобразного проводника; оно будет против часовой стрелки.
Направление же индуктированной э. д. с. в том же проводнике в момент его вращения определяется при помощи правила ладони правой руки. Если это проделать применительно к рис. 186, то направление индуктированной э. д. с. (пунктирные стрелки) окажется противоположным основному (действующему) напряже
нию, подведенному к петлеобразному проводнику от источника электрической энергии.
Поэтому индуктированная в обмотках якоря электромотора э.д.с. носит название противодействующей, или обратной, э. д. с.
Действуя против напряжения, подведенного от источника электрической энергии, противодействующая э.д.с. будет оказывать влияние на ток, проходящий по обмотке якоря.
Поэтому при определении тока, потребляемого обмоткой якоря электромотора, формула закона Ома должна быть написана следующим образом:
а
U—E
Га ’
где ia — ток, потребляемый обмоткой якоря электромотора;
U — напряжение источника электрической энергии;
Е—противодействующая э.д.с.;
га — сопротивление обмотки якоря.
Из этой формулы следует, что, поскольку напряжение источника электрической энергии и сопротивление обмотки якоря остаются практически постоянными, ток, потребляемый обмоткой якоря, зависит от величины противодействующей э.д.с., индуктирующейся в данный момент в обмотке.
252
Чем больше величина противодействующей э.д.с., тем меньше ток, потребляемый обмоткой якоря. И, наоборот, при уменьшении величины противодействующей э.д.с. ток, потребляемый обмоткой якоря, увеличивается.
Чтобы показать -влияние противодействующей э. д. с. на ток якоря, проделаем несколько числовых примеров, считая, что напряжение источника электрической энергии U — 12 в, а сопротивление обмотки якоря г(1 = 0,05 ом.
Допустим, что в различные моменты противодействующая э. д. с. составляет 10, 11 и 11,5 в. Тогда для каждого из этих значений противодействующей э. д. с. получим значения тока в обмотке якоря:
12-10	._ . .	12-11	.	12 — 11,5 1Л
1а “ 0,05 ~ 40 Л' 1а ~ 0,05 ~ 20 а' 1а “	0,05	“ 10 °'
Следовательно, всякое изменение величины противодействующей э. д. с. тотчас же отражается на силе тока, потребляемом обмоткой якоря электромотора.
Рассмотрим теперь, от чего же зависит величина противодействующей э. д. с. и почему она в одном случае может быть больше, а в другом меньше.
Обмотку якоря электромотора, пересекающую магнитное поле, мы можем рассматривать как обмотку якоря генератора, в которой величина индуктированной э.д.с. определяется по формуле
22 “	60-а	’
От этих же величин будет, очевидно, зависеть и противодействующая э.д.с. Для упрощения формулы заменим в ней постоянные величины р, N, а, и 60 некоторым коэфициентом Къ после чего формула примет следующий вид:
E—Ki-Ф-п.
Таким образом, из вышеприведенной формулы следует, что величина противодействующей э. д. с. для электромотора зависит от величины магнитного потока Ф, создаваемого полюсами, и от числа оборотов якоря п.
Разберем теперь, как будет изменяться противодействующая э. д. с., а вместе с ней и ток, потребляемый электромотором.
Основной причиной непостоянства противодействующей э.д.с. является изменяющаяся нагрузка на вал электромотора. Для выяснения роли нагрузки воспользуемся сравнением работы электромотора с работой автомобильного двигателя внутреннего сгорания.
При движении автомобиля по ровной дороге нагрузка на его двигатель постоянна, и для преодоления ее при постоянной скорости движения требуется какая-то вполне определенная величина открытия дроссельной заслонки, обеспечивающая подачу необходимого количества рабочей смеси в цилиндоы двигателя.
253
Если автомобиль, подъехав к крутому подъему, начнет на него подниматься, то в связи с увеличением нагрузки двигатель быстро уменьшит число оборотов, а если подъем большой, то и вовсе «заглохнет». Во избежание этого приходится при вся-ком увеличении нагрузки на двигатель увеличивать открытие дроссельной заслонки, увеличивая j?eM самым и количество поступающей рабочей домеси.
В электромоторе все происходит значительно проще, т. е. в нем не нужно наблюдать за надлежащим соотношением между нагрузкой на вал электромотора и током, потребляемым электромотором; это соотношение устанавливается автоматически благодаря наличию противодействующей э.д.с.
Действительно, на величину противодействующей э. д. с. влияет число оборотов якоря электромотора. Но с увеличением нагрузки на вал электромотора число его оборотов будет уменьшаться, а следовательно, будет уменьшаться и индуктирующаяся в обмотках якоря противодействующая э.д.с. Благодаря этому ток, проходящий по обмотке якоря, будет увеличиваться, вследствие чего повысится и величина вращающего момента, необходимого для преодоления приложенной нагрузки.
При уменьшении нагрузки число оборотов электромотора, естественно, возрастает, вызывая индуктирование и большей по величине противодействующей э. д. с., что приведет к уменьшению тока, потребляемого электромотором.
Таким образом, противодействующая э.д.с. в электромоторе является как бы автоматическим регулятором потребляемого им тока в зависимости от нагрузки на электромотор.
Из этого можно сделать такой вывод: электромотор при своей работе потребляет из внешней цепи только такой ток, который обеспечивает преодоление приложенной нагрузки.
Наибольшей величины ток в обмотках якоря достигает при пуске электромотора в ход, так как в момент пуска якорь электромотора находится в состоянии покоя (не вращается), и поэтому величина противодействующей э.д.с. равна нулю.
Наоборот, при работе электромотора вхолостую, т? е. без нагрузки, число оборотов его максимально, отчего противодействующая э.д.с. также достигнет наибольшего значения, приближаясь по величине к напряжению источника электрической энергии. Поэтому электромотор при работе вхолостую будет потреблять лишь незначительный ток, не превосходящий 8—10% от тока при полной нагрузке и обеспечивающий преодоление вредных внутренних сопротивлений (трение в подшипниках и т. д.).
5.	ТИПЫ ЭЛЕКТРОМОТОРОВ
В электромоторах, так же как и в генераторах, обмотка возбуждения соединяется с обмоткой якоря.
В зависимости от того, как произведено соединение, различают три типа электромоторов.
254
1.	Сериесный электромотор, в котором обмотка возбуждения соединена последовательно с обмоткой якоря.
2.	Шунтовой электромотор, в котором обмотка возбуждения соединена параллельно с обмоткой якоря.
3.	Компаундный электромотор, в котором обмотка возбуждения разбита на две части; из них одна часть соединена параллельно с обмоткой якоря, а другая — последовательно.
Практическое применение на колесных и гусеничных машинах получили только шунтовые и сериесные электромоторы, на рассмотрении которых и остановимся.
6.	ШУНТОВОЙ ЭЛЕКТРОМОТОР
Принципиальная схема шунтового электромотора приведена на рис. 187.
Из рисунка видно, что обмотка возбуждения включена параллельно обмотке якоря. Принимая во внимание, что сопротивление обмотки возбу-
ждения есть величина постоянная и постоянным является напряжение источника электрической энергии, нетрудно заключить, что и ток в обмотке возбуждения будет также постоянной величиной. Отсюда следует, что магнитный поток, создаваемый полюсами шун
Рис. 187. Принципиальная схема шунтового электромотора
тового электромотора, остается н е измен-
н ы м.
Это постоянство магнитного потока полюсов шунтового электромотора оказывает влияние как на величину вращающего момента, так и на число оборотов якоря. Посмотрим, как это происходит. При всяком изменении нагрузки на электромотор он должен развивать соответствующий вращающий момент для преодоления этой нагрузки. Выше было установлено, что величина вращающего момента определяется как произведение сил, действующих на проводники, на плечо, к которому эти силы приложены, т. е. на диаметр якоря электромотора. Диаметр якоря для данного электромотора есть величина постоянная. Силы же, действующие на проводники обмотки якоря, зависят исключительно от силы тока в обмотке якоря и магнитного потока, создаваемого полюсами электромотора.
Общее выражение для вращающего момента мы получим, если обозначим силу тока в обмотке якоря через ia, магнитный
255
поток полюсов через Ф и через коэфициент К все величины, являющиеся для электромотора постоянными, как то: число проводников обмотки якоря, число параллельных ветвей этой обмотки, число полюсов и т. д.
Отсюда вращающий момент М электромотора будет
7 М — К^1а.
Так как в этой формуле величина К является постоянной, то вращающий момент данного* электромотор а зависит только от тока в обмотке якоря (ia) и от магнитного потока полюсов. Но магнитный поток полюсов (Ф) шунтового электромотора есть величина постоянная; следовательно, вращающий момент его будет зависеть только от силы тока в обмотке якоря.
Таким образом, при всяком возрастании нагрузки на электромотор увеличение его вращающего момента для преодоления этой нагрузки может происходить только за счет увеличения тока в обмотке якоря.	*
Иначе говоря, при увеличении нагрузки на электромотор в два раза ток, потребляемый им, возрастет также в два раза; при увеличении нагрузки в четыре раза потребляемый 1ок возрастет в четыре раза и т. д.
Рассмотрим теперь, как изменяется число оборотов шунтового электромотора в зависимости от изменения нагрузки.
При работе электромотора противодействующая э.д.с. отличается от напряжения, подведенного к электромотору, на небольшую величину, представляющую собой падение напряжения в обмотке якоря электромотора.
Так как сопротивление обмотки якоря очень небольшое, то изменение силы тока в ней в зависимости от нагрузки приведет к очень небольшим изменениям падения напряжения. Следовательно, и противодействующая э. д. с. будет изменяться очень мало.
Исходя из сказанного и пользуясь формулой Е = К1Фп, преобразованной следующим образом:
Е П~ КГФ ’
можно сделать вывод: так как магнитный поток Ф шунтового электромотора есть величина постоянная, К\ — постоянный коэфициент, а противодействующая э. д. с. Е изменяется очень мало, то и число оборотов п шунтового электромотора будет изменяться очень мало.
Практически изменение числа оборотов шунтового электромотора при изменении нагрузки на него колеблется в пределах 2—5%, что дает возможность говорить, что число оборотов шунтового электромотора почти не зависит от нагрузки на него.
На колесных и гусеничных машинах шунтовые электромоторы применяются главным образом для вытяжной или нагнетательной вентиляции.
256
7.	СЕРИЕСНЫЙ ЭЛЕКТРОМОТОР
Принципиальная схема сериесного электромотора изображена на рис. 188.
Благодаря последовательному соединению обмотки возбуждения с обмоткой якоря всякое изменение тока в обмотке якоря в то же время является изменением тока и в обмотке возбуждения.
Из сказанного следует, что у сериесного электромотора в отличие от нитный сов не янным, Это если сериесный электромотор работает вхолостую и по обмоткам якоря проходит небольшой ток, то этот же ток ждения, создавая слабый личении нагрузки на электромотор ток, моткам якоря, возрастает, а вместе с ним растет и поток полюсов.
Таким образом, изменение вращающего электромотора при изменении нагрузки на формулы
всякое изменение тока в обмотке
шунтового маг-поток Ф полю-остается посто-а изменяется.
означает, что
Рис. 188. Принципиальная схема сериесного электромотора
будет проходить и по обмотке возбу-магнитный поток полюсов. При уве-проходящий по об-
момента него на
сериесного основании
М = КФ1а
будет зависеть от силы тока 1а в обмотках якоря и магнитного потока Ф полюсов.
На основании опытных данных установлено, что вращающий момент сериесного электромотора почти пропорционален квадрату силы тока, проходящего по обмоткам якоря. Это значит, что при возрастании нагрузки на сериесный электромотор в четыре раза потребляемый электромотором ток возрастет только в два раза.
Следовательно, при одинаковых вращающих моментах, развиваемых шунтовым и сериесным электромоторами, сериесный электромотор потребляет в два раза меньший ток, чем шунтовой.
.С другой стороны, при одинаковых потребляемых токах вращающий момент, развиваемый сериесным электромотором, в два раза больше момента; развиваемого шунтовым. В этом несомненное преимущество сериесного электромотора по сравнению с шунтовым.
17-569
257
Это преимущество особенно сильно сказывается при пуске в ход нагруженного электромотора, когда ему необходимо развить большой начальный вращающий момент, необходимый для преодоления инерции той системы (машины, механизма), которая приводится электромотором во вращение.
В отношении изменения числа оборотов при изменении нагрузки сериесный электромотор резко отличается о г шунтовогб.’ В шунтовом электромоторе благодаря постоянству магнитного' потока полюсов число оборотов якоря остается практически почти постоянным. В сериесном электромоторе каждому значению нагрузки соответствует определенная величина магнитного потока Ф. Так как противодействующая э.д.с. Е, как было установлено выше, с изменением нагрузки практически изменяется очень мало, то всякое изменение магнитного потока в сериесном электромоторе на основании формулы
неизбежно приведет к изменению числа оборотов п электромотора.
При увеличении нагрузки на сериесный электромотор, а следовательно, и увеличении магнитного потока, число оборотов будет уменьшаться и, наоборот, при уменьшении нагрузки—уве-личиваться.
Если с сериесного электромотора снять нагрузку, то число оборотов якоря станет быстро увеличиваться. По мере нарастания оборотов якоря будет повышаться противодействующая э. д. с., что приведет к уменьшению потребляемого стартером тока и, следовательно, к снижению магнитного потока полюсов. Установившееся вращение якоря наступает, как нам известно, тогда, когда противодействующая э. д. с., всегда равная подведенному к электромотору напряжению, за вычетом внутреннего падения напряжения, обеспечивает в якоре ток, соответствующий внешнему сопротивлению при этом вращении. Так как внутреннее сопротивление электромотора очень мало и магнитный поток полюсов при уменьшении тока, потребляемого электромотором, уменьшается, то противодействующая э. д. с. достигнет, величины, близкой к напряжению, подведенному к электромотору, лишь при очень больших оборотах.
Сериесный электромотор находит себе применение в основ-, ном как «тяговой» электромотор на трамваях, троллейбусах и т. д.
На колесных и гусеничных машинах сериесный электромотор используется в качестве стартерного электромотора для пуска двигателя внутреннего сгорания в ход. а также для приг ведения в действие различных подъемных и поворотных механизмов.
258
8.	ИЗМЕНЕНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ВРАЩЕНИЯ ЯКОРЯ ЭЛЕКТРОМОТОРА
При необходимости йзменить направление вращения якоря любого электромотора постоянного тока нужно исходить из следующих соображений.
Направление вращения якоря электромотора зависит от направления тока в обмотках якоря и направления магнитного потока полюсов. Отсюда следует, что изменение направления вращения может быть достигнуто двумя путями:
1)	изменением направления тока только в обмотке возбуждения при сохранении постоянным направления тока в обмотках якоря;
2)	изменением направления тока только в обмотке якоря при сохранении без изменения направления тока в обмотках возбуждения.
Если одновременно изменить направление тока в обмотках якоря, и в обмотке возбуждения, что произойдет, например, при перемене мест токоподводящих проводов на зажимах электромотора, то направление вращения его не изменится.
«. РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧИСЛА ОБОРОТОВ ЯКОРЯ ЭЛЕКТРОМОТОРА ПРИ ПОМОЩИ РЕОСТАТОВ
Регулирование ' числа оборотов якоря шунтового
электромотора чения, так и в сторону уменьшения от номинальных оборотов при полной нагрузке.
В первом случае в цепь обмотки возбуждения (рис. 189) включается реостат Ri, называемый шунтовым. При увеличении сопротивления реостата Ri число оборотов якоря электромотора будет увеличиваться, а при уменьшении — уменьшаться до номинальной величины.’
может совершаться как в сторону увели-
Рис. 189. Включение регулировочных реостатов в шунтовом электромоторе
Рассмотрим, почему это происходит. Изменяя сопротивление реостата» включенного в цепь обмотки возбуждения шунтового электромотора, будем изменять величину тока возбуждения, а следовательно, и магнитный поток полюсов. При повышении
17»
259
сопротивления реостата магнитный поток полюсов уменьшается, при снижении, наоборот, увеличивается.
Если уменьшить магнитный поток полюсов, то противодействующая э. д. с. электромотора, равная Е = КлФп, снизится и, как следствие, увеличится сила тока в обмотке якоря.
Увеличение же силы тока при неизменном сопротивлении, преодолеваемом электромотором, приведет к тому, что обороты якоря станут повышаться. Но в связи с увеличением оборотов якоря повышается противодействующая э. д. с. и соответственно снижается величина тока ia. Обороты увеличиваются до тех пор, пока ток в обмотке якоря не придет в соответствие с сопротивлением, преодолеваемым электромотором при увеличившихся оборотах якоря.
При уменьшении же сопротивления реостата магнитный поток будет увеличиваться, а число оборотов уменьшаться.
Для уменьшения числа оборотов якоря шунтового электромотора ниже номинального применяют включение реостата R2 в цепь обмотки якоря. Такой реостат называется я к о р н ы м. При увеличении сопротивления реостата R2 число оборотов якоря электромотора будет уменьшаться, а при уменьшении —-увеличиваться, достигая номинальной величины.
Нетрудно видеть, что включение якорного реостата практически означает уменьшение напряжения, подводимого к обмоткам якоря. Следовательно, якорю для индуктирования в своих обмотках противодействующей э. д. с., -близкой к новому (сниженному) напряжению, необходимо будет делать и меньшее число оборотов.
Сериесные электромоторы подвергаются регулировке числа оборотов главным образом в сторону их уменьшения от номинальных. С этой целью регулировочный реостат включается в цепь обмотки якоря электромотора.
10.	РЕГУЛИРОВАНИЕ ЧИСЛА ОБОРОТОВ ЯКОРЯ ЭЛЕКТРОМОТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ
Регулирование числа оборотов электромотора при помощи реостатов в цепи якоря или обмотки возбуждения является неэкономичным из-за потерь в реостатах. Кроме того, диапазон изменения числа оборотов при этом способе регулирования (отношение максимального числа оборотов к минимальному) получается относительно небольшим. Обычно он не превышает 10: 1.
Для получения плавного регулирования в широком диапазоне числа оборотов была предложена специальная схема.
Эта схема включает в себя исполнительный электромотор (рис. 190), т. е. электромотор, число оборотов которого необхо? димо регулировать, и специальный агрегат, называемый преобразователем напряжения.
260
Преобразователь напряжения состоит из шунтового электромотора 1 и шунтового генератора 2, смонтированных в одном корпусе.
В генераторе применяется независимое возбуждение от внешнего источника электрической энергии, а в цепь его обмотки возбуждения включен регулировочный реостат R. Щетки якоря генератора соединены со щетками якоря исполнительного электромотора 3, т. е. электромотора, приводящего во вращение тот или иной механизм, число оборотов которого необходимо изменять. Исполнительный электромотор представляет собой шунтовой мотор с независимым возбуждением.
Система работает следующим образом. При включении выключателя В якорь электромотора 1 преобразователя, а вместе С ним и якорь генератора 2 начинают вращаться с постоянной скоростью. Если при этом движок реостата R стоит в положении, при котором в обмотку возбуждения генератора 2 включено наибольшее сопротивление, магнитный поток о-бмотки будет минимальным, а вместе с ним минимальным будет и напряжение на щетках генератора 2.
Рис. 190. Регулирование числа оборотов электромотора с помощью преобразователя напряжения:
1 — шунтовой электромотор преобразователя; 2 — генератор преобразователя; 3 — исполнительный электромотор; 4 — переключатель направления тока в обмотке возбуждения электромотора; В — выключатель; В — регулировочный реостат
При плавном изменении сопротивления реостата напряжение на щетках генератора также будет плавно изменяться от минимального до максимального. Так как щетки генератора соединены со щетками исполнительного электромотора, то в соответствии с изменением напряжения генератора 2 изменяется и число оборотов исполнительного электромотора 3. .
Для изменения направления вращения исполнительного электромотора 3 необходимо изменить направление тока в
сто обмотке возбуждения или в обмотке возбуждения генератора 2.
Практически, чаще рзменяют направление тока в обмотке возбуждения электромотора; для этой цели может быть применен переключатель 4 (см. рис. 190).
Регулирование числа оборотов электромотора по рассмотрен-, ной схеме дает по сравнению с реостатным способом следующие, преимущества:
1.	Потери электрической энергии в регулировочных реостатах сведены к минимуму. Регулировочный реостат в цепи обмотки возбуждения генератора благодаря небольшому току в ней может быть сделан небольших размеров.
2.	Возможность регулирования числа оборотов исполнительного электромотора в широком диапазоне, достигающем 60 : 1.
3.	При изменении нагрузки на исполнительный электромотор число оборотов его остается практически неизменным, так как каждому положению движка реостата соответствует вполне определенное напряжение генератора, подводимое к якорю исполнительного электромотора.
Регулирование числа оборотов электромотора по этой схеме находит широкое применение в технике. В танках схема используется в электроприводах, обеспечивающих наведение оружия танка на цель.
11.	УМФОРМЕРЫ
Умформерами называются преобразователи напряжения постоянного тока. На колесных и гусеничных машинах умформеры применяются для питания анодных цепей приемников и передатчиков радиостанций.
Умформер объединяет в себе шунтовой электромотор и генератор с независимым возбуждением.
От преобразователя напряжения, рассмотренного в предыдущем разделе, умформер отличается по устройству тем, что в нем магнитная система и якорь являются общими для электромотора и генератора. В пазы сердечника якоря умформера уложены две независимые обмотки якоря; одна из них состоит из небольшого числа витков толстой проволоки, а другая — из большого числа витков тонкой проволоки. С обеих сторон сердечника на вал якоря напрессовано по одному коллектору. С каждым коллектором соединена одна обмотка якоря.
Принципиальная схема умформера приведена на рис. 191. Из этой схемы видно, что обмотка возбуждения В умформера и толстая обмотка М якоря (моторная обмотка) соединены с зажимами аккумуляторной батареи, тонкая же обмотка Г (генераторная обмотка) соединена с нагрузкой умформера.
При вращении якоря умформера в моторной обмотке М индуктируется противодействующая э. д. с., величина которой почти равна напряжению на зажимах питающего источника 262
электрической энергии. Так как генераторная обмотка Г якоря вращается в том же магнитном потоке, что и моторная, то индуктируемая в ней э. д. с. будет во столько раз выше, чем в моторной, во сколько раз чцсло витков ее больше, чем число витков моторной обмотки якоря.
Рис. 191. Принципиальная схема умформера
Если, например, умформер, питаясь от 12-вольтовой батареи, развивает напряжение 200 в, то число витков его генераторной обмотки в 18,3 раза больше, чем число витков моторной обмотки.
При снижении напряжения аккумуляторной батареи, питающей умформер, снижается число оборотов якоря умформера, а следовательно, снижается напряжение, развиваемое умформером.
Чтобы уменьшить вредное влияние искрения между щетками и коллекторами умформера, а также пульсации э. д. с. генераторной обмотки его якоря на работу радиостанции, умформеры снабжаются фильтрами и экранами.
Умформеры, применяемые для анодного питания радиостанций, различаются по напряжению питающего источника, по отдаваемой мощности и развиваемому напряжению. Основные технические данные умформеров радиостанций приведены в табл. 15.
Основные технические данные умформеров
Таблица 15
Тип умформера	Электрические данные				Число оборотов в ми- нуту	Вес, кг	Коэфициент полезного действия, %	Примечание
	коллектор уоторной обмотки		коллектор генераторной обмотки					
	Ui	Z,	и,	Л				
РУН-10	12	'2,7	200	0,05	6000	4,5	31 1	Вес с филь-
РУН-10А	24	. 1Д	200	0,05	6000	4,5	30 J	тром
263
Тип умформера	Электрические данные				Число оборотов в ми- нуту	Вес, кг	Коэфициент полезного действия, и/о	Примечание
	коллектора моторной обмотки		коллектор генераторной обмотки					
		Л	их	Л				
РУ-ПА	26	1,3	220	£ 0,05	8000	1,1	30	.	
РУ-ПБ	12	2,8	220	0,05	8000	1,1	30	1	Вес без фильтра
РУ-45Б	12	9,0	450	0,1	8500	2,0	42	
РУ-75А	24	6,0	750	0,1	8500	3,0	5б	
РУ-753	12	12,0	750	0,1	8500	3,0	50	
РУ-75В	12	12,0	450	0,16	8500	4,2	50	Вес с филь-
РУН-120	18	13,6	750	0,16	5000	8,0	54	тром
12. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАРТЕРЫ
Каждый двигатель внутреннего сгорания для пуска в ход нуждается в предварительном проворачивании его коленчатого вала, при котором осуществляется первоначальное всасывание и сжатие рабочей смеси (воздуха — для дизелей).
В настоящее время для целей пуска, двигателя в ход (за-: водки) наибольшее распространение получил электрический стартер. Он представляет собой небольшой по размен рам сериесный электромотор, снабженный дополнительными механизмами.
Одним из таких механизмов является привод. В задачу привода входит сцеплять стартер при помощи укрепленной на нем шестерни с зубчатым венцом маховика двигателя только на время заводки двигателя и расцеплять шестерню с венцом, когда двигатель заведется.
В соответствии с конструкцией привода стартеры могут быть разбиты на три вида:
1)	стартеры с инерционным приводом;
2)	стартеры с рычажным приводом;
3)	стартеры с электромагнитным приводом.
Маркировка стартеров, их краткая характеристика и наименование машин, на которых они устанавливаются, указаны в табл. 16.
264
Таблица 16
Маркировка электрических стартеров й их краткая характеристика
Марка стартера	Мощность стаотера л. с.	Напряжение, &	Число полюсов	Род привода	Машина, на которой устанавливается стартер
МАФ-4О06	0,9	6	4	Инерционный	Автомобили ГАЗ А А, ГАЗ-ЗА и М-1
МАФ-4007	0,9	6	4		Автомобиль ЗИС-5
СЛ	0,9—1,0	6	4	Рычажный	Ав гомобиль ЗИС-101
МАФ-31	2	12	4	Инерционный	Автобусы ЗИС
СМС	3,5	12	4	Электромагнитный	Тяжелые автобусы и некоторые типы тракторов
смт	6,0	24	4	То же	Танки
СТ-7.00 •	15,0	24	4	Рычажный	
СТ-16	15,0	24	4		
Стартер с инерционным приводом (рис. 192) состоит из электромотора 7, на валу которого с правой стороны помещен привод. При включении стартера выключателем 2 вал электромотора начинает вращаться и при помощи скрепленной с ним спиральной пружины 3 передает вращение полому валику 4, на котором на червячной нарезке укреплена шестерня 5.
Рис. 192. Внешний вид стартера с инерционным приводом:
1 — электромотор; 2 — выключатель; 3 — пружина; 4 — валик; 5 — шестерня; 6 — противовес
265
В начале вращения якоря шестерня стремится в сил)' инерции не вращаться. Этому способствует также противовес 6. Отставание шестерни от якоря приводит к тому, что она переме-щается по червячным нарезам полого валика и входит при этом в зацепление с зубчатым венцом маховика. Когда двигатель заведется и венец маховику начнет вращать шестерню с большей скоростью, чем якорь стартера, она отойдет по червячным
Рис. 193. Внешний вид стартера с рычажным приводом:
1 — электромотор; 2 — электромагнитное реле; 3 — рычаг привода; 4 — серьга; 5 — ось рычага
нарезам в исходное положение. Этим стартер автоматически будет отключен от двигателя.
Стартер с рычажным приводом (рис. 193) состоит из электромотора 1 и привода, включающего в себя электромагнитное реле 2, рычаг 3 и шестерню, имеющую "возможность перемещаться по шлицам вдоль вала. При включении вспомогательного тока в обмотку реле втягивается якорь реле, ' который через серьгу 4 действует на рычаг 3, заставляя его пово-
рачиваться на оси 5. В результате нижний конец рычага, связанный с шестерней, заставит ее перемещаться влево, и шестерня войдет в зацепление с зубчатым венцом маховика. После этого
реле замыкает главную цепь, включая ток в обмотки электромотора. Шестерня получает вращение, и стартер проворачивает коленчатый вал двигателя.	1
Для выключения стартера прохождение вспомогательного тока по обмоткам реле прекращают, тогда рычаг 3 под действием спиральной пружины, навитой на оси 5, возвращает все
детали привода в исходное положение, и одновременно реле
размыкает главную цепь, выключая электромотор.
Стартер с электромагнитным приводом значительно отличается от предыдущих стартеров. В нем зацепление шестерни с зубчатым венцом маховика достигается перемещением в осевом направлении всего якоря с валом и сидящей на нем шестерней. Перемещение вызывается магнитным потоком вспомогательных полюсов, действующих наподобие соленоида на железный сердечник якоря. После зацепления шестерни происходит замыкание главной цепи стартера, и он начинает проворачивать двигатель. При выключении стартера специальная спиральная пружина, помещенная на плунжере в полом валу якоря, возвращает якорь и шестерню в исходное положение.
266
13. УХОД ЗА МАШИНАМИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Машины постоянного тока (генераторы, электромоторы) в конструктивном отношении вполне надежны и при правильной эксплоатации работают безотказно.
Практика показала, чтЬ большинство неисправностей является прямым следствием неумелого, а подчас и невнимательного ухода; поэтому уходу за машинами постоянного тока должно быть уделено особое внимание.
Уход за машинами постоянного тока несложен, но требует тщательного выполнения изложенных ниже правил.
1.	После каждого выхода колесной или гусеничной машины следует вытирать с электрических машин попавшие на них грязь и масло и проверять крепление на двигателе. Одновременно следует убеждаться, хорошо ли закреплены соединительные провода в зажимах.
2.	Периодически необходимо производить смазку подшипников. Время и порядок смазки зависят от типа электрической машины и условий эксплоатации и в каждом отдельном случае определяются соответствующими инструкциями.
3.	Наибольшего внимания к себе требуют коллектор и щетки. Загрязнение коллектора и щеток вызывает увеличение переходного сопротивления, что приводит к выделению в точках соединения щеток с коллектором большого количества тепла, а иногда и к сильному искрению. Заедание щетки в щеткодержателе вызывает перегрузку работающей параллельно с ней другой щетки. Возможны случаи полного прекращения тока, подводимого или отводимого от машины при заедании щеток в щеткодержателях.
Для осмотра щеток и коллектора необходимо снять защитную ленту, после чего доступ к щеткам будет открыт. Прежде всего необходимо проверить, свободно ли двигаются щетки в своих щеткодержателях, для чего, взяв их за медный жгутик, несколько раз двигают взад и вперед. Если щетка заедает или при осмотре ее рабочая поверхность окажется загрязненной, необходимо вычистить ее чистой тряпкой, слегка смоченной в бензине. Очищать рабочую поверхность .щетки шкуркой или напильником не разрешается.
При неполном соприкосновении рабочей поверхности щетки с коллектором, а также при замене износившейся щетки новой рабочая поверхность щетки должна быть притерта. Для притирки необходимо взять полоску стеклянной шкурки (№ 00) шириной немного больше ширины щетки и наложить ее на коллектор гладкой стороной так, чтобы она охватила около 180° поверхности коллектора (рис. 194).
После этого необходимо опустить щетку на шершавую поверхность шкурки, прижать ее пружиной щеткодержателя и, двигая полоску шкурки взад и вперед, притереть щетку соответственно кривизне коллектора.
267
шкурка
Рис. 194. Притирка рабочей поверхности щетки к коллектору
4.	Следует периодически проверять давление щеток на коллектор. При чрезмерном давлении будет иметь место быстрый износ как щетки, так и рабочей поверхности коллектора. При малом давлении на щетку электрический контакт будет недостаточен, Фго приводит к новообразованию под щетками. В результате искрооб-разования рабочая поверхность коллектора обгорает.
5.	Одновременно со щетками осматривается и коллектор. Если его загрязнение незначительно, можно ограничиться t протиранием чистой тряпкой, смоченной в бензине. При большом загрязнении, когда черные полосы удалить тряпкой не удается, допускается чистка коллектора бархатной стеклянной (не наждачной) шкуркой.
При осмотре коллектора необходимо следить за тем, чтобы не выступала изоляция между коллекторными пластинами. Изоляция между
пластинами должна быть всегда выбрана на глубину 0,5—0,8 мм. Сильное обгорание рабочей поверхности коллектора, вызванное искрением, устранять шкуркой нельзя. Такой коллектор должен быть сдан в мастерскую для проточки с последующей шлифовкой.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	На каком принципе основана работа электромотора?
2.	Почему генератор называется машиной обратимой?
3.	Какова роль коллектора в электромоторе?
4.	От чего зависит вращающий момент электромотора?
5.	Как выполняются обмотки якоря электромотора?
6.	Для чего электромоторы делаются многополюсными?
7.	Что такое противодействующая э.д.с.?
8.	Какова роль противодействующей э.д.с. в электромоторе?
9.	Каковы положительные и отрицательные стороны сериесного электромотора?
10.	Каковы положительные и отрицательные стороны шунтового электромотора?
11.	Докажите, что при перемене полярности на зажимах электромотора направление вращения его якоря не изменится.
12.	Почему при увеличении сопротивления в шунтовой обмотке электромотора число его оборотов возрастает?
13.	Какими способами можно регулировать число оборотов якоря электромотора?
14.	Какие типы электрических стартеров вам известны?
15.	В чем заключается уход за электрическими машинами постоянного тока?.
ЧАСТЬ ПЯТАЯ
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ
Глава XIV
ОДНОФАЗНЫЙ ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК
1.	ПОЛУЧЕНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА. СИНУСОИДА
Если проводник А вращать в магнитном потоке, образованном двумя полюсами магнита, в направлении по часовой стрелке (рис. 195), то при пересечении проводником магнитных силовых линий в нем будет индуктироваться э. д. с., величина которой определяется выражением
Е — BT-'zy-sina,
где В — магнитная индукция в в-сек!м2',
I — длина проводника в м\
v — скорость движения проводника в м/сек\
. а— угол, под которым проводник пересекает магнитные силовые линии.
Пусть В, I и v для данного случая остаются постоянными величинами, тогда индуктированная э. д. с. будет зависеть только от угла а, под которым проводник пересекает магнитное поле. Так, в точке 1, когда проводник двигается вдоль магнитных силовых линий, величина индуктированной э. д. с. будет равна нулю; при перемещении проводника в точку «3 э. д. с. будет иметь наибольшее значение, так как силовые линии будут пересекаться проводником в направлении, перпендикулярном к ним, и, наконец, э. д. с. вновь достигнет нуля, если проводник переместится в точку 5.
В промежуточных точках 2 и 4, в которых проводник пересекает силовые линии под утлом а — 45°, величина индуктированной э. д. с. будет соответственно меньше, чем в точке «3. Таким образом, при повороте проводника из точки 1 в точку 5, т. е. на 180°, индуктированная э. д. с. изменяется от нуля до максимума и снова до нуля. Совершенно очевидно, что при дальнейшем повороте проводника А на угол 180° (через точки 6, 7, 6’.и /) характер изменения индуктированной э. д. с. будет такой же, но направление ее изменится на обратное, так как проводник будет пересекать магнитные силовые линии уже под другим полюсом, что равносильно пересечению их в противоположном первому направлении.
269
Следовательно, при повороте проводника на 360° индуктированная э. д. с. не только изменяется все время по величине, но и дважды меняет свое направление.
Если проводник замкнуть на какое-либо сопротивление, тб В проводнике появится электрический ток, также изменяющийся по величине и направлению.
Электрический ток, непрерывно изменяющийся по величине И направлению, называется переменным током.
Рис. 195. Изменение индуктированной э. д. с. в проводнике, вращающемся в магнитном поле
Характер изменения э. д. с. (тока) за один оборот проводника для наглядности представляют в графическом виде при помощй кривой (рис. 195). Так как величина э. д. с. пропорциональна sin а, то, задавшись определенными углами, можно при помощи таблиц определить значение синуса каждого угла и в соответ-* ствующем масштабе построить кривую изменения э. д. с. Для этого на горизонтальной оси будем откладывать углы поворота проводника, а на вертикальной оси в соответствующем масштабе индуктированную э. д. с. (£).
Если обозначенные ранее на рис. 195 точки соединить плавной кривой линией, то она даст представление о величине и характере изменения индуктированной э. д. с. (тока) при любом положений проводника в магнитном поле. Вследствие того что величина индуктированной э. д. с. в каждый момент определяется синусом угла, под которым проводник пересекает магнитное поле, приведенная на рис. 195 кривая носит название синусоиды, а изменяющаяся по ней э. д. с. — синусоидальной.
Рассмотренные нами изменения э. д. с. по синусоиде соответ-, ствуют повороту проводника в магнитном поле на угол 360°. При повороте проводника на следующие 360° изменения индуктированной э. д. с. (и тока) вновь произойдут по синусоиде, т. е. будут периодически повторяться.
270
Соответственно, вызванный этой э. д. с. электрический ток называется синусоидальным переменным током.
. Совершенно очевидно, что и напряжение, которое может быть измерено нами на концах проводника А, при наличии замкнутой внешней цепи также будет изменяться по синусоиде.
Переменный ток, полученный при помощи вращения в магнитном потоке проводника или системы проводников, соединенных в одну катушку, называется однофазным переменным током.
Синусоидальные переменные токи находят наибольшее применение в технике. Однако можно встретить переменные токи, изменяющиеся не по закону синуса. Такие переменные токи называются несинусоидальными.
2.	АМПЛИТУДА, ПЕРИОД И ЧАСТОТА
Сила тока, изменяющегося по синусоиде, непрерывно меняется. Так, если в точке А (рис. 196) ток был равен За, то в точке Б он уже будет больше. В другой какой-либо точке на синусоиде, например в точке С, ток будет иметь уже новое зна-
чение и т. д.
Сила тока в отдельные моменты при изменении его по синусоиде носит название мгновенных значений тока.
-Наибольшее по величине мгновенное значение тока при изменении его по синусоиде называется амплитудой. Нетрудно видеть, что за один оборот проводника ток два раза до
стигает амплитудного значения. Одно из значений аа' является по-
ложительным и откладывается вверх от оси 001, а другое вв' — отрицательное и откладывается от оси вниз.
Время, в течение которого индуктированная э. д. с. (или сила . тока) проходит весь цикл изменений,' назы-
Рис. 196. Синусоида и величины, ее характеризующие
вается периодом Т
(рис. 196). Период обычно измеряется в секундах.
Величина, обратная периоду, называется частотой (/). Иначе говоря, частота есть число периодов в единицу времени, zt. е. в секу1Тду. Так, например, если переменный ток в течение 1 секунды десять раз принимает одинаковые по величине
и направлению значения, то частота такого переменного тока будет составлять 10 периодов в секунду. Для измерения частоты вместо числа периодов в секунду применяется единица, получив-; шая название герц (гц). Частота 1 герц равна частоте 1 пер/сек. При измерении больших частот удобнее пользоваться единицей,
271
в 1000 раз большей герца, т. е? килогерцем (кгц), или в 1. 000 000 раз бдльшей герца, — к^е г а г е р ц (мггц).
Переменные токи, применяемые в технике, в зависимости от частоты могут быть подразделены на токи низкой частоты и токи высокойчастоты.
Переменные токи низкой частоты применяются, в частности, в электротехнике сильных токов. Так, все центральные электрические станции переменного тока отдают потребителям (фабрикам, заводам, освещению жилых помещений и т. д.) переменный ток, частота которого составляет 50 эц.
Для электрической плавки металла применяется частота в пределах 5—15 гц.
Переменный ток такой частоты производится при помощи специальных генераторов.
Переменные токи высокой частоты применяются главным образом в радиотехнике.
В зависимости от длины волны, на которую рассчитан передатчик или приемник, частота используемого в них переменного тока -может колебаться в пределах от сотен тысяч до десятков миллиардов герц. Для получения переменных токов таких, сверхвысоких частот обычные генераторы непригодны, в силу чего приходится применять особые колебательные контуры.
3.	ДЕЙСТВУЮЩИЕ ЗНАЧЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Постоянный ток, проходя по проводнику, нагревает его. Если, пропустить по проводнику переменный ток, проводник также будет нагреваться. Это и понятно, так как хотя переменный ток и меняет все время свое направление, но выделение’ тепла совершенно не зависит от направления тока в проводнике.
При пропускании переменного тока через лампочку нить ее будет накаливаться. При стандартной частоте переменного тока 50 гц никакого мигания света наблюдаться не будет, так как нить лампочки, обладая тепловой инерцией, не успевает остыть в те моменты, когда ток в цепи равен нулю. Применение для освещения переменного тока с частотой меньше 50 гц уже нежелательно в связи с тем, что появляются неприятные, утом^ ляющие зрение колебания силы света лампочки.
Проводя и дальше аналогию с постоянным током, можно ожидать, что переменный ток, проходя по проводнику, ‘ создает вокруг него магнитное поле. Однако, если поднести к проводнику) магнитную стрелку, то никакого отклонения ее не обнаружится. Это произойдет не потому, что переменный ток не создает магнитного поля, а потому, что создаваемое им магнитное поле будет также переменным по направлению и величине. Поэтому магнитная стрелка (в силу инерции) будет не в состоянии следом вать за частыми изменениями направления магнитного поля и будет оставаться в покое.
Переменный ток, производя указанные выше действия, все время изменяется как по величине, так и по направлений^ 272
Естественно возникает вопрос, как же измерить переменный ток и какое значение его при изменении по синусоиде следует принять как производящее то или иное действие.
С этой целью переменный ток сравнивают по производимому им действию с постоянным током, величина которого в течение опытй остается неизменной. Предположим, что по проводнику с неизменным сопротивлением пропущен постоянный ток 10 а и при этом обнаружено, что проводник нагрелся до температуры 50°. Если теперь по этому же проводнику пропустить не постоянный, а переменный ток и так подобрать его величину (действуя, например, реостатом), чтобы проводник также нагрелся до температуры 50°, то в этом случае мы можем сказать, что действие переменного тока равно действию постоянного тока.
Нагревание проводника в обоих случаях до одной и той же температуры говорит о том, что за единицу времени переменный ток выделяет в проводнике такое же количество калорий, как и постоянный.
Переменный' синусоидальный ток, выделяющий в данном сопротивлении за единицу времени такое же количество тепла, как и постоянный ток, является эквивалентным по величине постоянному току. Эту величину тока называют действующим (/д) или э ф ф е к т и в н ы м значением переменного тока. Следовательно, для нашего примера действующее значение переменного тока будет составлять 10 а. При этом максимальные (амплитудные) значения тока будут превосходить по величине действующие значения.
Опыт и подсчеты показали, что действующие значения переменного тока меньше амплитудных его значений в /2 (1,41) раза. Следовательно, если амплитудное значение тока известно, то действующее значение тока может быть определено путем деления амплитуды тока /а на V 2, т. е.
/а / =-=* • д С 2
Наоборот, если известно действующее значение тока, то может быть вычислено амплитудное значение тока, т. е.
1=1 V2. а д
Такие л£е соотношения будут действительны и для амплитудных и действующих значений э. д. с. и напряжений:
Е = U д С2 д V2
Измерительные приборы чаще всего показывают действующие значения, поэтому при обозначениях индекс «д» обычно опускается, но забывать об этом не следует.
18—569
273
4.	НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ, ВКЛЮЧЕННЫХ В ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Сопротивление, оказываемое проходами и потребителями в цепях постоянного тока, называется омическим сопротивлением::, Если какой-либо проводник включить в цепь переменного тока, то окажется, что его сопротивление будет несколько; больше, чем в цепи постоянного тока. Это объясняется явле-, нием, получившим название скин-эффекта (поверхностный эффект).
Сущность его заключается в следующекГ. При прохождении переменного тока по проводнику внутри него существует пере-: менное магнитное поле, пересекающее проводник. Магнитные силовые линии этого поля индуктируют в проводнике э. д. с., однако она будет не одинаковой в различных точках сечения проводника: к центру сечения рна больше, а к периферии — меньше-Это объясняется тем, что точки, лежащие ближе к центру, пересекаются большим числом силовых линий. Под действием: этой э. д. с. переменный ток будет распределяться не по всему сечению проводника равномерно, а ближе к его поверхности.
Это равносильно уменьшению полезного сечения проводника, а следовательно, увеличению его сопротивления переменному, току. Например, медный провод длиной 1 км и диаметром 4 мм оказывает сопротивление: постоянному току— 1,86 ом, переменному частотой 800 гц—1,87 ом, переменному току частотой 10000 гц — 2,90 ом-, таких же размеров железный провод оказывает току сопротивление, соответственно равное: 7,04 ом, 16,5 ом и 53,4 ом.
Сопротивление, оказываемое проводником проходящему ио< нему переменному току, называется активным сопротивлением. Если какой-либо потребитель не содержит в себе индуктивности-и емкости (лампочка накаливания, нагревательный прибор), то он будет являться для переменного тока также активным сопротивлением.
Активное сопротивление зависит от частоты переменного тока, возрастая с ее увеличением.
Однако многие потребители обладают индуктивными и емкостными свойствами при прохождении через них переменного тока.' К таким потребителям относятся трансформаторы, дроссели, электромагниты, конденсаторы, различного рода провода и многие другие. При прохождении через них переменного тока необходимо учитывать не только активное, но и реактивное сопроти* вление, .обусловленное наличием, в потребителе индуктивных и емкостных свойств его.
Известно, что если постоянный ток, проходящий по какой-либо обмотке, прерывать и замыкать, то одновременно с изменением тока будет изменяться и магнитный поток внутри обмотки, в результате чего в ней возникнет э. д. с. самоиндукции. То же самое будет наблюдаться и в обмотке, включенной 274
в цепь переменного тока, с той лишь разницей, что здесь-самый ток непрерывно изменяется как по величине, так й по направлению. Следовательно, непрерывно будет изменяться величина магнитного потока, пронизывающего обмотку, и в ней будет индуктироваться э. д. с. самоиндукции.
Но направление э. д. с. самоиндукции всегда таково, что противодействует изменению тока. Так, при возрастании тока в обмотке э. д. с. самоиндукции будет стремиться задержать нарастание тока, а при убывании тока, наоборот, будет стремиться поддержать исчезающий ток. Отсюда следует, что э. д. с. самоиндукции, возникающая в обмотке (проводнике), включенной в цепь переменного тока, будет всегда действовать против тока, задерживая его изменения. Иначе говоря, э. д. с. самоиндукции можно рассматривать как дополнительное сопротивление, оказывающее вместе с активным сопротивлением обмотки противодействие проходящему через обмотку переменному току.
Сопротивление, оказываемое переменному току э. д. с. самоиндукции, носит название индуктивного сопротивления.
Индуктивное сопротивление будет тем больше, чем больше индуктивность потребителя (цепи) и выше частота переменного тока. Это сопротивление выражается формулой
xL — о» L,
где xL — индуктивное сопротивление в омах;
L — индуктивность в генри (aw);
<о—угловая частота	где / — частота тока)'.
Кроме индуктивного сопротивления, в теорию переменных токов вводится понятие о емкостном сопротивлении, обусловливаемом как наличием емкости в проводниках и обмотках, так и включением в отдельных случаях в цепь переменного тока конденсаторов. При увеличении емкости С потребителя (цепи) и угловой частоты тока <« емкостное сопротивление уменьшается.
Емкостное сопротивление равно
1 Хг = —тт, С	w С
где хс — емкостное сопротивление в омах;'
w — угловая частота;
С—емкость потребителя в фарадах.
Если в* цепь переменного тока включить конденсатор (емкость), то в ней, в отличие от цепи постоянного тока, будут иметь место непрерывно следующие друг за другом заряды и разряды конденсатора.
^Для рассмотрения происходящих процессов обратимся к рис. 197, на котором переменное напряжение, подводимое к конденсатору из сети, изображено кривой U. При изменении напряжения от нуля дб максимума, что имеет место в первой четверти периода, в цепи конденсатора возникает зарядный ток, показан-
18*
275
ный кривой 7, который продолжаете# до тех пор, пока напряжение сети достигает максимума. В этот момент напряжение на обкладках конденсатора будет равно максимуму, и зарядный ток прекратится. Конденсатор будет заряжен.
Рис. 197. Процессы, происходящие в конденсаторе, включенном в цепь переменного тока
Во второй четверти периода напряжение в сети будет понижаться. Но так как напряжение заряженного конденсатора в этот момент больше напряжения сети, то это приведет к появлению разрядного тока, идущего из конденсатора в сеть. По мере уменьшения напряжения сети разрядный ток будет увеличиваться и достигнет максимума в тот момент, когда напряжение сети будет равно нулю. Конденсатор окажется разряженным. В третью четверть периода возрастающее напряжение сети приведет снова к возникновению зарядного тока, но только в направлении, противоположном тому, которое имело место в первой четверти, и т. д.
Всякое возрастание напряжения сети будет вызывать появление зарядного тока, а уменьшение напряжения — разрядного.
Иначе говоря, конденсатор будет непрерывно заряжаться и разряжаться, а в цепи будет циркулировать зарядно-разрядный ток. Это обстоятельство дает возможность утверждать, что конденсатор «пропускает» переменный ток, но при этом- следует всегда помнить, что в действительности	чер ез_ диэлектрик!^
проходит и что в цепи имеет место лишь движение зарядно-разрядных токов конденсатора.
Действительно, если последовательно с конденсатором (рис. 198) включить электрическую лампочку, то при достаточной величине емкости конденсатора лампочка загорится. Опыты показывают, что степень накала нити лампочки, а следовательно» и величина тока, проходящего в цепи с конденсатором, будет тем больше, чем больше емкость конденсатора и выше частота переменного тока. Исходя из этого, принято говорить, что конденсатор, включенный в цепь переменного тока, оказывает ему емкостное сопротивление. Из сказанного нетрудно за-276
ключить, что для уменьшения емкостного сопротивления необходимо увеличивать емкость конденсатора или частоту переменного тока.
Способность конденсатора пропускать переменный ток, а катушки с обмоткой, наоборот, задерживать используют в тех случаях, когда необходимо разделить постоянный и переменный токи, проходящие по проводу одновременно.
Постоянный ток Др. Постоянный ^2 ------- 	--у—Z/70K
Переменный ток ~1| б
Лампочка
с
Конденсатор
Рис. 198. Конденсатор, включенный в цепь переменного тока последовательно с лампочкой
Переменный ток
Рис. 199. Разделение постоянного и переменного токов с помощью дросселя (Др) и конденсатора (С)
проводу АБ (рис. 199) проходит ОДНО-
ПО
и переменный токи и их нужно в точке Б
Предположим, что временно постоянный разделить. С этой целью последовательно с проводом включают катушку Др с обмоткой, называемую дросселем, а от точки Б делают ответвление, последовательно с которым включают конденсатор С. Дроссель оказывает очень большое сопротивление переменному току, поэтому он через него не пойдет, а изберет путь наименьшего сопротивления, т. е. через конденсатор С.
Постоянный ток, который не в состоянии пройти через конденсатор, пойдет через дроссель, оказывающий ему очень маленькое сопротивление.
Индуктивное и емкостное сопротивления представляют собою так называемое реактивное1 сопротивление.
Реактивное сопротивление зависит от самоиндукции и емкости цепи (потребителя) и частоты проходящего по ней переменного тока.
Из изложенного следует, что при включении в цепь переменного тока потребителей, имеющих индуктивность и емкость, приходится считаться как с активным, так и с реактивным сопротивлением. Поэтому при определении тока, проходящего по такому потребителю, необходимо подведенное напряжение делить на полное сопротивление цепи (потребителя).
Полное сопротивление (Z) цепи определяется по следующей формуле:
72
1 Такое название дано потому, что это сопротивление характеризует реакцию цепи на изменение в ней тока.
277
где R — активное сопротивление цеп# в омах;
L — индуктивность цепи в генри; *
С — емкость цепи (конденсатора) в фарадах; со--2г/ — угловая частота переменного тока.
В цепях переменного тока применяются различные потребители, в которых необходимо учитывать или все три величины R, L, С или только некоторые из них. Одновременно с этим необходимо учитывать и угловую частоту переменного тока.
В некоторых потребителях при соответствующих значениях угловой частоты можно принимать во внимание только величины R и L. Так, например, при частоте переменного тока 50 гц катушку соленоида или обмотку генератора можно рассматривать лишь как содержащую активное и индуктивное сопротивление. Иначе говоря, емкостью в этом случае можно пренебречь. Тогда полное сопротивление переменному току такого потребителя можно подсчитать по формуле
Z = VR'2 <о2Л2 .
Если такую катушку, или обмотку, рассчитанную для работы в цепи переменного тока, включить в цепь постоянного тока с таким же напряжением, по катушке пойдет очень большой ток, который может привести к значительному выделению тепла, и изоляция обмотки может быть повреждена. Напротив, по катушке, рассчитанной для работы в цепи постоянного тока и включенной в цепь переменного тока с тем же напряжением, будет проходить небольшой ток, и прибор, в котором применена эта катушка, не произведет необходимого действия.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Какой ток называется переменным и как его можно получить?*
2.	Какими величинами характеризуется переменный ток?
3.	Где применяются переменные токи высокой и низкой частоты?
4.	Что такое действующие и амплитудные значения переменного тока и какая м^жду ними связь?
5.	Какие значения показывают измерительные приборы?
6.	Как ведут себя в цепи переменного тока потребители, обладающие омическим (активным) сопротивлением?
7.	Что такое индуктивное сопротивление и от чего оно зависит?
8.	Что такое емкостное сопротивление и от чего оно зависит?
9.	Что такое реактивное сопротивление?
10.	Что такое дроссель и как он используется?
Глава XV
ТРЕХФАЗНЫЙ ТОК
1. ПОЛУЧЕНИЕ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Рассмотренный в предыдущей главе переменный ток, получаемый в результате пересечения магнитного потока проводником или системой проводников, соединенных в одну катушку (обмотку), носит название однофазного переменного тока. Однако переменный ток может быть получен при пересечении магнитного потока не одной, а несколькими катушками, смещенными одна по отношению к другой на соответствующий угол.
В этом случае каждую катушку рассматривают как самостоятельный источник электрической энергии, а ток, отдаваемый таким генератором, называют многофазным переменным током.
Из многофазных переменных токов почти исключительное применение в технике находит трехфазный переменный ток.
Трехфазный переменный ток был открыт и предложен талантливым русским инженером Михаилом Осиповичем Доливо-Добровольским. Им же был сконструирован первый генератор трехфазного переменного тока и трехфазный трансформатор. Внедрение в практику трехфазного переменного тока позволило, в частности, разрешить проблему передачи электрической энергии на большие расстояния.
Простейший генератор т р е х ф а з-н о г о переменного тока (рис. 200) со-
Рис. 200. Принципиальная схема генератора трехфазного переменного тока
стоит из трех катушек (фаз) с одинаковым числом витков, расположенных на железном сердечнике.
При вращении катушек' в магнитном потоке, создаваемом
электромагнитами, питаемыми постоянным током, в каждой из них будет индуктироваться э. д. с., изменяющаяся по синусоиде.
279.
Значения индуктированной э. д. с. в каждой катушке будут совершенно одинаковы, но между ними будет иметь место отставание нулевых и максимальных значений, называемое сдвигом ф а з/Графпчески э. д. с., индуктирующиеся в каждой обмотке,
Михаил Осипович Доливо-Добровольскии (1862—1919)
изображены на рис. 201. Для того чтобы э. д. с. каждой катушки можно было использовать, начала всех катушек соединяют в генераторе в одну точку, а концы выводят во внешнюю цепь (соединение катушек может быть выполнено и другим способом, см. раздел 3). В результате от генератора будут отходить три провода, и следовательно, электрический ток к потребителям будет подводиться не по двум, апо трем проводам.
На первый взгляд может показаться, что наличие трех проводов является недостатком трехфазной системы, значительно ее удорожающим и усложняющим эксплоатацию. Однако это не так. В трехфазной системе при наличии трех проводов общий вес меди, идущей на провода и обмотки генераторов, получается
280
меньше веса меди, необходимой для двух проводов однофазной системы. Экономия в весе при этом доходит до 25% и с избытком окупает некоторое увеличение установочного материала (изоляторы, трубки, крюки и т. д.). Генераторы трехфазного тока стоят дешевле генераторов однофазного тока той же мощности благодаря меньшим габаритам, и, наконец, трехфазный ток обладает ценным свойством создавать вращающееся магнитное поле,
Рис. 201. Кривые изменения индуктированной э. д. с. в генераторе трехфазного переменного тока
которое используется в простых по конструкции, а следовательно, дешевых и несложных в эксплоатации асинхронных электромоторах.
Поэтому трехфазным переменным током почти совершенно вытеснен ток однофазный.
Трехфазный переменный ток подводится к потребителям и отводится к источнику по всем трем проводам, причем величина и направление тока в каждом проводе не только непрерывно меняются, но в известные моменты тока в одном из проводов может не быть. Это положение наглядно иллюстрируется схемой (рис. 202), на которой в верхней части показаны кривые изменения тока в проводах I, II и III, а в нижней части •— соответствующие этим изменениям направления тока в этих же проводах, соединенных с потребителем.
В момент а ток в проводе II имеет положительное значение, в проходе III отрицательное значение и в проводе I равен нулю. В следующий момент б, т. е. через 60°, ток в проводе I будет иметь положительное значение, в проводе III отрицательное значение и нулевое — в проводе II, Через следующие 60° "(положение в) положительное значение ток будет иметь в проходе /, отрицательное в проводе II, нулевое в проводе III и т.‘д.
Изображенные стрелками направления токов соответствуют моментам, взятым через 60° при изменении по синусоиде. Если
281
же значения токов взять через 30° или еще чаще, то в этом слу-чае будет наблюдаться движение тока одновременно во всех трех проводах, причем если в одном из них он будет иметь положительное значение, то в двух других отрицательное, и наоборот.
а б в г (7 е ж
Рис. 202. Чередование тока в проводах трех'ф'азной системы за' один период
2.	ВКЛЮЧЕНИЕ^ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ В ЦЕПЬ ТРЕХФАЗНОГО ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Все потребители, включаемые в цепь трехфазного переменного тока, в зависимости от своей конструкции могут быть разбиты на потребители однофазные и трехфазные.
К однофазным потребителям следует отнести такие потребители, в которых электрический ток проходит по одному сопротивлению или одной обмотке, как, например: электрические лампочки, нагревательные приборы, электромагниты и т. д.
Трехфазные потребители представляют собой соединение трех однофазных потребителей. К числу трехфазных потребителей относятся электромоторы трехфазного тока, специальные нагревательные приборы и т. д.
В зависимости от того, как включить однофазные потребители в сеть трехфазного, тока или как соединить отдельные фазы, в трехфазном потребителе, различают соединение треугольником и соединение звездой. Этими же способами соединяются между собой и фазы (обмотки) генераторов трехфазного тока.
282-
3.	СОЕДИНЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТРЕУГОЛЬНИКОМ
Соединением треугольником называется такое соединение, при котором начало первого однофазного потребителя соединяется с концом второго, начало второго с концом третьего, начало третьего с концом первого, а от точек соединения делаются отводы для включения в трехфазную сеть.
В развернутом виде потребители и соединяющие их провода образуют фигуру, напоминающую треугольник, отчего такое соединение и носит название соединения треугольником.
В трехфазных потребителях соединение отдельных фаз треугольником выполняется так же, как и соединение однофазных потребителей (рис. 203).
Рис. 203. Принципиальная схема включения потребителей треугольником
При включении потребителей в цепь трехфазного тока всегда необходимо считаться с двумя напряжениями: 1) с напряжением в линии, т.. е. с напряжением между, двумя любыми проводами, подводящими ток; 2) с напряжением на зажимах отдельного потребителя (или фазы).
Напряжение, измеренное в линии, носит название линейного напряжения ((7), напряжение же, измеренное на зажимах отдельного однофазного потребителя (или фазы), называется ф а з о в ы м (t/ф).
При соединении потребителей треугольником фазовое напряжение (подводимое к отдельному потребителю — фазе) равно напряжению в линии. Отсюда для случая соединения треугольником можно написать
*	и^и..
Ф
В отношении тока в трехфазной сети также различают линейный ток (7), т. е. ток, измеренный в линии (в токоподводящем проводе),* и фазовый ток(/ф), проходящий непосредственно по потребителю (фазе).
Так как от каждого линейного провода при соединении трехугольником питаются одновременно два потребителя (фазы), то очевидно, что и линейный ток будет больше тока фазового. Под
283
счеты и измерения показывают, что при соединении треугольником линейный ток больше фазовоговгЗ (1,73) раза.1 Следовательно, для случая соединения потребителей треугольником можно написать
4.	СОЕДИНЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЗВЕЗДОЙ
Соединением потребителей звездой (рис. 204) называется такое соединение, при котором начала отдельных однофазных, потребителей соединяются в одну общую точку, а концы каждого потребителя — с соответствующими проводами трехфазной сети.
В отношении линейных и фазовых напряжений и токц при соединении звездой существует следующая зависимость.
Рис. 204. Принципиальная схема включения потребителей звездой
Линейное напряжение при соединении звездой не равно фазовому, как в соединении треугольником, а будет больше его, так как между двумя проводами включен не один, а два потребителя (фазы). Установлено, что при соединении звездой линейной напряжение больше фазового в V 3 раза1 2. Исходя из этого, можно написать
Проходящий по потребителю ток будет проходить и в линии. Следовательно, будет иметь место равенство
Таким образом, при соединении звездой зависимости между линейными и фазовыми величинами напряжения и тока будут об’ ратными тем, которые имели место при соединении треугольником.
5.	СЛУЧАИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЕДИНЕНИЯ ЗВЕЗДОЙ И ТРЕУГОЛЬНИКОМ
При выборе способа включения однофазных потребителей в цепь трехфазного переменного тока или соединения отдельных
1 Справедливо при симметричной нагрузке, т. е. когда сопротивление фазовых потребителей одинаково.
2 Справедливо при симметричной нагрузке.
284
фаз трехфазных потребителей надлежит исходить из линейного напряжения в сети и того напряжения, на которое рассчитаны однофазные потребители или фазы трехфазного.
Стандартными напряжениями для сетей трехфазного переменного тока низкого напряжения приняты в настоящее время линейные напряжения 127, 220 и 380 в.
Напряжение 127 в применяется главным образом для осветительной сети, а напряжения 220 и 380 в для так называемой силовой сети, от которой питаются электромоторы, электрические печи, сварочные аппараты и т. д.
Сравнивая между собой приведенные выше стандартные напряжения, нетрудно заметить одно весьма интересное обстоятельство, заключающееся в том, что каждое следующее напряжение больше предыдущего в 1/3 раза. Такая зависимость между линейными напряжениями не случайна и дает возможность, применяя соединение звездой или треугольником, включать потребители, рассчитанные на какое-либо определенное напряжение, в сеть с другим напряжением.
Поясним изложенное примерами.
Пример 1. Сеть трехфазного переменного тока имеет напряжение 127 в. Как следует включить электрические лампочки, рассчитанные на напряжение в 127 6?
Решение. В данном примере напряжение лампочек (фазовое напряжение) равно напряжению сети (линейное напряжение), поэтому лампочки должны быть включены треугольником, так как при соединении треугольником U — 1./ф, т. е. линейное напряжение равно фазовому.
Пример 2. Как следует включить лампочки предыдущего примера, если напряжение сети будет 220 6?
Решение. Соединение должно быть выполнено звездой, так как при соединении звездой U = (Уф/З. Действительно, при линейном напряжении в 220 в фазовое напряжение будет равно
п _ U 220
ф "	1.73
= 127 в,
т. е. как раз тому напряжению, на которое рассчитаны лампочки.
Все изложенное выше целиком относится и к трехфазным потребителям; только в этом случае при определении способа соединения следует, исходить из того напряжения, на которое рассчитана каждая его фаза.
Пример 3. Обмотки электромотора трехфазного тока рассчитаны на напряжение 127 в и соединены звездой, о чем имеется указание в паспорте. Определить, в сеть с каким напряжением может быть включен электромотор.
Решение. Искомое линейное напряжение при соединении звездой будет равно	__
У=(7ф1/3, или, подставляя значения, получим
U = 127- /Г = 220 в.
Следовательно, электромотор должен быть включен в сеть с напряжением 220 в.
Пример 4. Как следует соединить обмотки электромотора, рассчитанные на напряжение» 220 в, если напряжение сети составляет 380 в.
285
s Решение. Соединение ^должно быть произведено звездой, так как при этом соединении V= L/ф J/3. В этом примере линейное напряжение равно 380 в, а следовательно, фазовое будет
п	U	380	ООП ,
= —= =	= 220 в,
Ф	j/3	1,73
т. е. то напряжение, на которое рассчитаны обмотки электромотора.
Нетрудно видеть, что если бы обмотки соединить не звездой, а тре^ угольником, при котором U~U$, электромотор можно было бы включить в сеть с напряжением в 220 в.
Приведенные примеры показывают, что в зависимости от способа соединения фаз трехфазные потребители могут быть включены в сети с двумя разными напряжениями. Для этого начала и концы фазовых обмоток или сопротивлений обычно выводятся на отдельные зажимы, установленные снаружи потребителя. Это дает возможность легко и быстро соединить фазы звездой или треугольником.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Какой ток называется трехфазным?
2.	В чем преимущество трехфазного тока перед однофазным?
3.	Как включаются потребители в цепь трехфазного тока?
4.	Что такое соединение треугольником?
5.	Что называется линейным и фазовым напряжением и током?
6.	Что такое соединение звездой?
7.	Какая зависимое гь существует между линейным и фазовым напряжением и током при соединении звездой и треугольником?
8.	В каком случае потребители соединяются звездой и в каком треугольником?
Глава XVI
МАШИНЫ И ПРИБОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
1. АСИНХРОННЫЕ ЭЛЕКТРОМОТОРЫ
Если против полюсов магнита укрепить на оси медный или алюминиевый диск, а затем привести магнит во вращательное движение, то магнитные силовые линии вращающегося магнита будут пересекать диск и в нем будут индуктироваться токи Фуко. Направление токов Фуко таково, что созданное ими магнитное поле будет противодействовать вращению магнита. Так как к магниту приложено определенное внешнее усилие, то диск не сможет его задержать, а вынужден будет сам вращаться в сто
рону направления вращения магнита.
Этот принцип и положен в основу устройства асинхронного электромотора, впервые сконструированного русским инженером М. О. Доливо-Добровольским. Разрабатывая конструкцию элек
тромотора, Доливо-Добровольский применил в нем вместо вращающегося магнита вращающееся магнитное поле, создаваемое системой электромагнитов (статор), по которым пропущен трехфазный переменный ток, а медный диск заменил якорем особой конструкции (ротор).
Асинхронные электромоторы исключительно просты по устройству и надежны в работе, чем и объясняется широкое распространение их в технике.
Статор электромотора (рис. 205) состоит из чугунного, корпуса 1, внутри которого укреплен железный сердечник 2, изготовленный из отдельных пластинок мягкого
Рис. 205. Схема обмоток статора асинхронного электромотора:
1 — чугунный корпус статора; 2 — желез, ный сердечник; А, Б и В — катушки обмотки статора
железа. С внутренней стороны сердечника сделаны пазы, в которые укладывается обмотка статора. На рис. 205 обмотка статора состоит из трех катушек (фаз) А, Би В, сдвинутых одна пр
287
отношению к другой на угол в 120°, причем для простоты каждая катушка показана состоящей только из одного витка. Между собой катушки соединены звездой, а от свободных концов отведены выводы к зажимам, при помощи которых электромотор включается в сеть трехфазного пеоеменного тока.
Рассмотрим, как в статоре создается вращающееся магнитное поле (рис. 206). Положение а соответствует моменту, дсогда ток А в проводе 1 имеет положительное значение, ток Л в проводе 2 равен нулю, а ток /3 в проводе 3 имеет отрицательное значение, равное по величине Л.
Направление вращения поля статора
Рис. 206. Схема получения вращающегося магнитного поля статора асинхронного электромотора
В результате в фазах А и В появится ток, направление которого показано стрелками. Зная направление тока в проводниках каждой фазы, устанавливаем направление магнитного потока статора, соответствующее моменту а.
В момент б в проводах, подводящих ток к обмоткам статора, произойдет следующее.
Ток /3 в проводе 3 будет равен нулю, ток /2 в проводе 2 достигнет положительного значения Л, а в проводе / — отрицательного значения, равного по величине /2- Это приведет к изменению направления тока в фазах, причем магнитный поток бу-288
дет уже создаваться фазами А и Б, а направление силовых линий внутри статора отклонится в направлении против часовой стрелки. В следующий момент в произойдет новое перераспределение токов в фазах, вызывая и новое направление силовых линий магнитного потока и т. д. В результате внутри статора будет постоянное по величине, но непрерывно меняющее свое положение магнитное поле. Такое поле называется вращающимся магнитным полем.
Вращающееся поле статора используется для вращения ротора.
Ротор асинхронного электромотора состоит из железного сердечника, набранного из пластинок мягкого железа, укрепленных на валу. На небольшом расстоянии от поверхности ротора в его теле высверливается ряд отверстий, в которые помещаются медные стержни 1 (рис. 207). Выступающие концы стержней припаи-
Рис. 207. Ротор асинхронного электромотора:
1 — медные стержни; 2 — медные кольца
ваются к двум медным кольцам 2, расположенным с торцевых сторон ротора. Стержни с кольцами образуют обмотку ротора («беличье колесо»).
Такая обмотка называется короткозамкнутой, так как стержни, образующие обмотку, замкнуты накоротко двумя кольцами.
Рассмотрим теперь работу асинхронного электромотора. Если к обмоткам статора электромотора подвести трехфазный переменный ток, то внутри статора образуется вращающееся магнитное поле, силовые линии которого будут пересекать медные стержни ротора, находящиеся в покое, и в них будет индуктироваться э. д. с.
Электродвижущая сила вызовет появление тока в медных стержнях «беличьего колеса», а ток приведет к образованию магнитного поля ротора. Взаимодействие магнитного поля ротора с вращающимся магнитным полем статора приведет ротор во вращательное движение.
Внешний вид асинхронного электромотора трехфазного тока с короткозамкнутым ротором показан на рис. 208.
В асинхронных электромоторах большой мощности с целью уменьшить ток, потребляемый из сети в момент пуска электро-
19—5б&	285
Рис. 208. Внешний вид асинхронного электромотора с короткозамкнутым ротором
мотора, стержни ротора («беличье колесо») заменяются обмоткой, аналогичной обмотке статора, в которую на время пуска включается специальный пусковой реостат. При такой-конструкции ротора (рис. 209) катушки его обмоток обычно соединяются звездой, а концы присоединяются к трем контактным кольцам, ' укрепленным на валу*ротора, но от него изолированным.
К кольцам прилегают щетки, соединяемые с пусковым реостатом. В схеме применяется трехфазный реостат, который дает возможность одновременно путем поворота звездообразного рычага вводить сопротивления во все три фазы обмотки ротора.
Такие асинхронные электромоторы называются асинхронными электромоторами с контактными кольцами.
Асинхронные электромо-с двумя различными напряже-
торы могут быть включены в сеть ниями, для чего достаточно только переключить обмотку статора со звезды на треугольник или наоборот. Так как стандартных напряжений три: 127, 220 и 380 в, то в паспорте электромотора
Рнс. 209. Схема асинхронного электромотора с контактными кольцами
указывается напряжение и способ включения обмоток. Например, если в паспорте имеется такое обозначение Д/Д—127/220, то это значит, что при соединении обмоток треугольником электромотор должен быть включен в сеть с напряжением 127 в, а при соединении звездой — в сеть с напряжением 220 в.
зажимов
А
В сеть Б
В сеть В обмоток ста-
4
Рис. 210. Переключение тора со звезды на треугольник
Практически переключение электромотора со звезды' на ’Треугольник осуществляется на колодке с зажимами, установленной на корпусе статора. На колодке расположено шесть (рис. 210,4) к которым присоединены внутри корпуса начала и концы фазовых обмоток.статора. Для соединения звездой зажимы и токоподводящие провода соединяются так, как это показано на рис. 210,Б, а для соединения треугольником— на рис. 210,В.
Изменение вращения электромотора проводов (из трех), подходящих к зажимам статора;.
направления асинхронного осуществляется
путем переключения любых двух
2. ТРАНСФОРМАТОРЫ
Очень часто в различных электротехнических установках и аппаратах бывает необходимо преобразовать переменный ток
низкого напряжения в переменный ток высокого напряжения, и наоборот. Для этой цели применяются специальные приборы, получившие название трансформатор ofc.
Рис. 211. Принципиаль-'ная схема трансформа-
Честь изобретения трансформатора переменного тока принадлежит выдающемуся русскому изобретателю П. Н. Яблочкову. Идею трансформации переменного тока он выдвинул в 1876 г., а первый трансформатор Яблочкова демонстрировался в 1882 г. на электротехнической выставке в Петербурге и получил всеобщее признание.
В том же году на московской промышленной выставке демонстрировался
другой трансформатор переменного тока, сконструированный талантливым русским физиком-самоучкой, препаратором кафедры физики Московского университета Иваном Филиппови-
тора:
Wt— первичная обмотка; Wa— вторичная обмотка
чем Усагиным.
Трансформатор (рис. 211) состоит из железного сердечника и двух самостоятельных, изолированных одна от другой обмоток Wi и №2. Форма сердечника трансформатора может быть различной, но она должна быть по возможности замкнутой, чтобы обеспечить минимальное сопротивление для магнитного потока. Сердечник набирается из отдельных, изолированных одна от другой пластин мягкого железа для уменьшения в нем потерь на токи Фуко. Обмотки, намотанные на сердечникусду-
19*	Й1
жат: одна для подведения к ней переменного тока, предназначенного для преобразования, а другая для получения в ней преобразованного переменного тока.
Обмотка трансформатора, к которой подводится ток для преобразования, носит название первичной обмотки; обмотка, в которой получается преобразованный то-к, называется
Иван Филиппович Усагик
(1855—1919)
вторичной. В зависимости от формы сердечника обмотки располагаются или отдельно, или одна поверх другой' (на общем каркасе).
Работа трансформатора протекает следующим образом.
Если по первичной обмотке Wi пропустить переменный ток; то в железном сердечнике трансформатора возникает магнитный поток, изменяющийся по величине и направлению. При этом вторичная обмотка расположенная на том же сердечнике, будет пронизываться этим изменяющимся магнитным потоком, и в ее витках будет индуктироваться э. д. с. Величина индуктированной э. д. с., а следовательно, и напряжение на зажимах вторичной обмотки трансформатора будут пропорциональны числу ее витков.
292
Увеличение или уменьшение числа витков вторичной обмотки при постоянном числе витков первичной обмотки приводит к увеличению или уменьшению напряжения, индуктирующегося -во вторичной обмотке, и при этом во столько раз, во -сколько раз число витков вторичной обмотки больше или меньше числа витков первичной обмотки.
На основании этого можно написать следующую зависимость между напряжениями и числом витков обеих* обмоток:
U-i _Wi
U2
где t7i и — напряжения первичной и вторичной обмоток;
W1 И W2 — их числа ВИТКОВ.
Отношение числа витков первичной обмотки к числу виткой вторичной носит название коэфициента трансформации '(К).
Если коэфициент трансформации равен, например, 1:5, то такой трансформатор носит название повышающего трансформатора. Наоборот, трансформатор будет называться понижающим, если его коэфициент трансформации будет равен 5:1.
При включении трансформатора в цепь переменного тока всегда следует предварительно проверить, соответствует ли напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка трансформатора, напряжению цепи, в которую он включается." В противном случае или’ трансформатор не даст ожидаемого эффекта, или изоляция первичной обмотки может сгореть..
Трансформировать постоянный ток при помощи описанного трансформатора нельзя, так как при пропускании тока по первичной обмотке созданный ею магнитный поток не будет изменяться по величине, а следовательно, не будет и индуктирования э. д. с. во вторичной обметке.
Пример 1. Первичная обмотка трансформатора, включенная в цепь с напряжением 120 в, имеет 1000 витков. Определить, какое напряжение будет во вторичной обмотке, если она имеет 100 витков.
Решение. Так как	, то, подставляя известные
U2
значения,
получим
120 _ 1000 и2 “ 100
или
в.
_ 120-100 _
2 ~ 1000 “
Пример 2. Первичная обмотка трансформатора рассчитана на напряжение ПО в, а его коэфициент трансформации равен 1:2. Определись напряжение во вторичной обмотке.
Решение. Трансформатор в данном примере повышающий, так как число витков вторичной обмотки в два раза (1:2) больше первичной. Следб’-•рательно, напряжение во вторичной обмотке будет равно
172= 6^-2= НО» 2 = 220 в.
Следует иметь в виду, что всякое изменение напряжения во вторичной обмотке неизбежно связано с изменением в ней (при данной мощности) силы тока. Так, например, во сколько раз напряжение в© вторичной обмотке будет больше напряжения пер* вичной, во столько раз будет меньше и ток во вторичной обмотке, и наоборот.
Некоторые образцы применяемых в технике трансформаторов приведены на рис.3 4 212.
Рис. 212. Трансформаторы:
А —силовой понижающий трансформатор; Б — трансформаторы, применяемые в приемо-передаю* щих радиостанциях
3. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ
Большое распространение, которое получил повсеместно переменный электрический ток, естественно, привело к сокращению сетей постоянного тока.
Однако в целом ряде областей постоянный ток и до настоящего времени является незаменимым. В качестве примера ука* жем на зарядку аккумуляторов, которая может производиться только постоянным током. Отсюда возникает необходимость в преобразовании переменного тока в постоянный.
Простейшим преобразователем переменного тока в постоянный является мотор-генератор.
Мотор-генератор представляет собой установку, состоящую из электромотора переменного тока, работающего от сети переменного тока, и соединенного с ним жесткой муфтой или ременно^ передачей генератора постоянного'тока. Таким образом, электрб-мотор является двигателем для генератора, постоянным током которого мы и пользуемся. При всей своей простоте мотор-гене* ратор громоздок, требует при работе постоянного наблюдений и имеет небольшой к. п. д.
294
Поэтому в большинстве случаев предпочитают пользоваться приборами, преобразующими переменный ток непосредственно в постоянный. Такие приборы называются выпрямителями.
Из большого числа различных по принципу действия выпрямителей — механических, электролитических, кенотронных и т. д. — наибольшее распространение получили ртутные выпрямители и в последнее время так называемые твердые или полупроводниковые выпрямители — купроксные и селеновые.
4. РТУТНЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
Аккумуляторная батарея
Принцип действия ртутного выпрямителя основан на свойствах паров ртути, находящихся в герметически закрытом сосуде, из которого тщательно удален доздух, ионизироваться электронами и переносить электрические заряды лишь в одном направлении.
Основной частью всякого ртутного выпрямителя является стеклянная колба (рис. 213). С боков колбы сделано два стеклянных отростка, в которые впаяны графитовые электроды 1 ^основные аноды).
В нижней части колбы налито небольшое количество ртути 2 и примерно на одном уровне с ней имеется еще небольшой стеклянный отросток, в который впаян пусковой электрод 3 (вспомогательный анод), необходимый для приведения выпрямителя в действие. Воздух из колбы тщательно откачан.
* Для получения необходимого напряжения выпрямленного (постоянного) тока переменный ток из сети подводится к основным .анодам через трансформатор.
Концы вторичной обмотки трансформатора присоединены к основным анодам 1, а от средней точки трансформатора сделан вывод, соединенный через дроссель с зажимом катода.
Пусковой электрод 3 через дополнительное сопротивление R и выключатель К соединен с одним из основных анодов.
Рис. 218. Принципиальная схема ртутного выпрямителя:
1 — основной анод; Тр — трансформатор; Др — дроссель; К — кнопка (выключатель) пускового анода; R — дополнительное сопротивление в цепи анода
Ж
Для приведения выпрямителя в действие необходимо замкнуть выключатель К и слегка наклонить стеклянную колбу с таким расчетом, чтобы ртуть перелилась частично в небольшой стеклянный отросток и соединила катод выпрямителя с вспомогательным анодом.
При возвращении колбы в вертикальное положение струйка стекающей обратно ртути прерывается, вследствие чего появляется электрическая искра, -достаточная для испарения и ионизации такого количества ларов ртути, при котором между катодом и вспомогательным анодом возникает электрическая дуга. Благодаря действию этой дуги ионизированные пары ртути заполняют всю колбу, и возникает электрическая дуга между катодом и основными анодами.
Положительные ионы паров ртути под действием электрического поля устремляются от анодов к катоду . и, удаляясь с большой скоростью о поверхность ртути (катода), образуют накаленное добела пятцо (катодное пятно). Испускаемые раскаленным пятном на ртути'электроны устремляются к тому ид рабочих электродов, на который в данный момент подан плюс, и ионизируют молекулы паров ртути. При этом отщепляются новые электроны и образуются положительные ионы ртути, поддерживающие непрерывный ионный поток между главными электродами выпрямителя. Надобность в дополнительном аноде, таким образом, отпадает.
Так как во вторичной обмотке трансформатора индуктируется переменный ток, тр к основным анодам выпрямителя будет поочередно подводиться то плюс, то минус, причем когда на од? ном аноде будет плюс, на другом, наоборот, — минус.
Предположим, что в какой-то момент времени к левому аноду подведен плюс (рис. 213), а к правому минус. В этом случае электрический ток может итти только с левого анода в направлении пунктирных стрелок:, плюс вторичной обмотки трансформатора, левый анод, пары.ртути, ртуть, плюс аккумуляторной батареи, ее минус, дросседь,. средняя точка , обмотки трансформатора и снова в обмотку. Таким образом получается замкнутая цепь.	-	...
В следующий момент, когда полярность на рабочих анодах изменяется на обратную, электрический ток будет проходить через пары ртути уже с правогр. анода в направлении, показанном на рис. 213 сплошными стрелками. В дальнейшем все процессы повторяются в. том же порядке.
Сравнивая в каждом случае направление .тока на зажимах, к которым присоединена аккумуляторная батарея, увидим, что через нее проходит ток только в одном направлении.
Таким образом, при помощи выпрямителя удается преобразовать переменный ток непосредственно в постоянный.
Пары ртути, заполняющие колбу в процессе работы выпрямителя, приходя в соприкосновение с холодными стенками колбы, конденсируются на них и в виде капелек ртути стекают вниз:
29й.
В результате количество ртути в колбе остается в процессе работы неизменным.
Дроссель, включенный в цепь постоянного тока, обладает большой самоиндукцией, в силу чего он не дает возможности «погаснуть» выпрямителю в те моменты, когда переменный ток во
Ря^. 214. Ртутный выпрямитель трехфазного переменного тока
вторичной обмотке трансформатора проходит нулевые значения. Кроме того, дроссель сглаживает пульсации постоянного тока;
Здесь рассмотрен принцип действия простейшего выпрямителя однофазного переменного тока, дающего. только одно пряжение выпрямленного тока. Однако выпрямители'однофаз^
297
ного тока строятся и на два различных напряжения постоянного тока.
При этом число рабочих электродов соответственно возрастает.
С таким же успехом может быть выпрямлен и трехфазный переменный ток. Совершенно очевидно, что число рабочих электродов в этом случае будет равно трем.
Ртутный выпрямитель трехфазного переменного тока показан на рис. 214.
Приводимая ниже табл. 17 дает представление об электрических характеристиках трех наиболее распространенных ртутных выпрямителей.
Таблица 17
Типы ртутных выпрямителей и их характеристики
Тип выпрямителя	Тип холбы	Переменный ток		Постоянный ток		Примечание
		подводимое напряжение, в	ток, потребляемый при полной нагрузке, а	напряжение вы- прямленного тока, в	величина выпрямленного тока при полной нагрузке, а	
2-ВН-20	2-ВН-20	120	13,5	24/341	18/8	Однофазный переменный ток
З-ВН-ЗО	З-ВН-ЗО	220	14,0	119	30	Трехфазный переменный ток
З-ВН-100	З-ВН-100	220	34,0	48/70	100/40	То же
5. ТВЕРДЫЕ ИЛИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ВЫПРЯМИТЕЛИ
При исследовании условий прохождения электрического тока в местах соединения полупроводника с металлом было замечено, что в зависимости от направления тока величина переходного сопротивления будет различной. Это означает, что в одном направлении ток будет проходить через место соединения совершенно свободно, в то время как движение его в противоположном направлении будет в значительной степени затруднено.
Подобной односторонней проводимостью воспользовались для целей выпрямления переменного тока.
Купроксный выпрямитель. В простейшем виде купроксный выпрямитель составляется из одного выпрямительного элемента (вентиля). Выпрямительный элемент (рис. 215) состоит и-з двух шайб: медной /, покрытой слоем закиси меди, и свинцовой 2. Обе шайбы- складываются вместе и плотно стягиваются изолированным от них болтом <?.
1 Двойные цифры показывают, что от этого выпрямителя можно получить два различных напряжения. Соответственно каждому напряжению дается в табявце и ток.
298
Если такой элемент включить в цепь переменного тока, например, последовательно с аккумуляторной батареей, то окажется, что он будет пропускать электрический ток только в одном направлении, а именно от свинца к меди. Следовательно, если в какой-либо момент времени к свинцовой пластинке из сети переменного тока будет подведен плюс, ток пройдет через
Слой закиси меди на •медной пластинке
Источник о-переменное? тока о-
Свинец Медь
Аккумуляторная батарея
Рис. 215. Выпрямительный элемент купроксного выпрямителя и схема его включения в цепь переменного тока
выпрямительный элемент и батарею; если же на свинцовой пластинке будет минус, — движение тока прекратится,, и т.( д. В результате через аккумуляторную батарею будет проходить ток только одного направления, т. е. постоянный ток1.
Для получения необходимого напряжения и выпрямленного тока применяют не один, а несколько выпрямительных элементов, соединяя их по так называемой схеме мостика.
Установка купроксного выпрямителя, (рис. 216) состоит из понижающего трансформатора и двух ‘групп выпрямительных элементов, заключенных в кожухи 1. Принципиальная схема соединения трансформатора, элементов и зажимов выпрямителя приведена на рис. 217.
1 Практически в противоположном направлении также будет гтрохфнт» ток, но весьма незначительный по величине, и им вполне можно превебреяь.
'Следует иметь в виду, что на принципиальной схеме показано' только четыре выпрямительных элемента (/, 2, 3 и 4).	'
В действительности же для получения необходимых значений напряжения и силы выпрямленного тока между точками А и В'
Рис. 216. Внешний вид купроксного выпрямителя:
1 кожух, закрывающий выпрямительные элементы; 2 — магнитный шунт
А В Рис. 217. Схема работы купроксного выпрямителя
В и Б и т. д. включается не один, а группы выпрямительных элементов, соединенных между собой смешанно (элементы в группе последовательно, группы между собой • параллельно^ * ; ’ Рассмотрим'работу выпрямителя. Предположим, что в кайой^ то Момент времени переменный ток, подведенный к первичной об-&
-мотке трансформатора (рис. 217, А), вызвал появление на Л&вом конце вторичной обмотки плюса, а на правом минуса. В цепи вторичной обмотки появится ток следующего направления: левый конец вторичной обмотки (см. стрелки), точка А, элемент 1, точ-ка В, зажим «+», аккумуляторная батарея, зажим «—», точка Г, элемент 3, точка Б и во вторичную обмотку.
В следующий момент, когда направление тока во вторичной обмотке изменится на обратное, движение тока будет происходить в следующем направлении (рис. 217, Б): правый конец вторичной обмотки (в данный момент положительный), точка Б, элемент 4, зажим « + >>, аккумуляторная батарея, зажим «—», точка Г, элемент 2, точка А и во вторичную обмотку.
В результате сравнения обоих ;рисунков нетрудно установить, что, несмотря на изменение направления тока во вторичной обмотке трансформатора, направление тока, проходящего через аккумуляторную батарею, не,меняется.
По своей конструкции купроксные выпрямители очень компактны и в процессе эксплоатации никакого ухода не требуют. Применяются они, в частности, и для зарядки аккумуляторных батарей.
Приводимая ниже табл. 18 дает представление об электрических характеристиках трех наиболее распространенных типов купроксных выпрямителей для зарядки аккумуляторов.
Таблица 18
Типы купроксных выпрямителей и их характеристики
Тип выпрямителя	Напряжение переменного тока, подводимого к первичной обмотке, в	Напряжение выпрямленного тока, в	Выпрямленный ток, а		
			При шунте, выдвинутом до упора		при шуите вдвинутом
		не менее	не менее	не более	не более
АТВ-1 ктв АВ-1	110—127 НО 110	6,6 13,2 24	5-61 2,4 2	со COCO 1 СО	2-2,51 0,4 0,4
Для регулировки зарядного тока купроксного выпрямителя в пределах, указанных в таблице, на трансформаторе установлен магнитный шунт. Шунт (рис. 216) представляет собой железный сердечник 2, который может перемещаться в направляющих. Если сердечник выдвинут до упора, зарядный ток будет наибольший и, наоборот, при вдвинутом сердечнике — наименьший.
При включении выпрямителя в схему сначала необходимо присоединить аккумуляторную батарею, а затем включить переменный ток. При замене батареи или производстве измерений сначала выключается переменный ток, а затем и аккумуляторная батыре»;
Селеновый выпрямитель. Селеновый выпрямительный элемент состоит из выпрямительного железного дирка л контактной шайбы.	\ ,
it'., i
1 Первая цифра для напряжения ПО в, вторая для напряжения 127 в.
301
Железный диск 1 (рис. 218) никелирован и с одной стороны? покрыт слоем селена 2. На селен нанесен тонкий слой сплава 3 из кадмия, олова и висмута. Контактная шайба 4 изготовляется из твердотянутой латуни и прилегает к поверхности сплава.-
Выпрямительные элементы собираются на болте, от которого изолируются прокладкой 5, и скрепляются гайкой. Для лучшего
охлаждения между выпрямительными элементами располагают дистанционные шайбы 6.
Селеновый выпрямительный элемент, будучи включенным в цепь переменного тока, будет пропускать электрический ток
2 3
Рис. 218. Селеновый выпрямитель:
1 — железный диск; 2 — слой селена; 3 — сплав из кадмия, олова  висмута; 4 — контактная шайба; 5 — изоляционная прокладка; в — дистанционная шайба
только в одном направлении, а именно — от железного диска через селен и сплав висмута, олова и кадмия к контактной шайбе. Следовательно, если в какой-либо момент времени к железному диску будет из сети переменного тока подведен плюс, ток пройдет через выпрямительный элемент; если же на железном диске будет минус — ток прекратится и т. д.
Для получения необходимого напряжения и силы выпрямленного тока применяют не один, а несколько выпрямительных элементов, соединяя их чаще всего по так называемой схеме мостика (рис. 217).
Работа селенового выпрямителя, элементы которого соединены по схеме мостика, ничем не отличается от работы купроксного выпрямителя, описанием которого и надлежит пользоваться.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.	Объясните принцип действия асинхронного электромотора.
2.	Из каких основных частей состоит асинхронный электромотор?
3.	Что называется вращающимся магнитным полем и как оно получается?
4.	Какой электромотор называется асинхронным электромотором с контактными кольцами?
5.	Для чего служит пусковой реостат?
б.	Как переключить асинхронный электромотор со звезды на треугольник?
7.	Для чего служит трансформатор?
8.	Объясните принцип действия трансформатора.
‘9. Что такое коэфициент трансформации?
10.	Как можно преобразовать переменный ток в постоянный?
11.	Что такое мотор-генератор?
12.	Объясните принцип действия ртутного выпрямителя.
13.	Объясните устройство и работу купроксного выпрямителя.
14.	Объясните устройство в работу селенового выпрямителя.
Приложение I
СИСТЕМЫ ЕДИНИЦ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ
Для электрических и магнитных измерений в электротехнике применяется несколько систем единиц, каждая из которых имеет определеннее преимущества и недостатки по сравнению с другими. Пользование различными системами единиц измерения сопряжено с неудобствами как при электротехнических расчетах, так и в практике измерений.
Абсолютная практическая электромагнитная система единиц, принятая для пользования в Советском Союзе, исключает эти неудобства. В этой системе в качестве основных единиц принят^: 1 метр (1 л) — единица длины, 1 килограмм (.1 кг)—единица массы, 1 секунда (1 сек)—единица- времени, 1 ампер (1 а)—единица электрического тока. Наименование этой системы сокращенно обозначается символом МКСА, где М обозначает метр, К — килограмм, С — секунда, А —ампер.	.
Остальные единицы измерения электрических и магнитных величин явля. ются производными единицами от основных единиц системы МКСА.
АБСОЛЮТНАЯ ПРАКТИЧЕСКАЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СИСТЕМА МКСА1
Наименование и определение единиц системы МКСА
Наименование	  '? 1 Сокращенные обозначения		Определение
	русским алфавитом	латинским (греческим) алфавитом	
I. Основные единицы Единица дли ны			Единица длины, определяемая пл атино-ирн диевой мерой, носящей знак 28 и являющейся государственным эталоном длины СССР. Единица массы, определяемая платино-иридиевой мерой, носящей знак 12 и являющейся государственным эталоном массы СССР.
Метр Единица массы	М	т i	
Килограмм	кг		
1 По указанию № 43/0 от 7 января 1950 г. Комитета по делам мер и измерительных приборов при Совете Министров Союза ССР все электрические и магнитные величины выражены в абсолютной практической системе единиц МКСА. а не в абсолютной системе единиц MKSM, которая была опубликована 13 апреля 1948 г. приказом. ЗД 56 Комитета.
303
Продолжение
Наименование	Сокращенные обозначении		Определение
	русским алфавитом	латинским (греческим) алфавитом	
Единица времени Секунда	сек или с	sec ИЛИ 5	Единица времени (среднего солнечного времени),' равная ста шестнадцати миллионам пятидесяти семи тысячам шестьсот двадцати восьмидесятибиллионным (0,0000116057628) средних звездных суток. Средние звездные сутки есть промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями средней точки весеннего равноденствия.
Единица электрического тока Ампер	а	А	Неизменяющийся. электрический ток, который, протекая по каждому из двух бесконечно длинных параллельных прямолинейных проводников ничтожно малого кругового сечения, расположенных на расстоянии 2 метра один от другого в безвоздушном пространстве, создает между этими проводниками, на каждый метр их длины, силу взаимодействия, которая массе в одну десятимиллионную (0,0000001) килограмма сообщает ускорение в 1 метр на секунду в квадрате.
II. Механические единицы Единица скорости Метр в секунду	м[сек	m/sec	Скорость равномерно и прямолинейно	движущейся точки, перемещающейся на 1 метр в 1 секунду.
Единица ускорения Метр на секунду в квадрате	м{сек2	m/sec2	Ускорение равномерно-ускоренно и прямолинейно движущейся точки, скорость которой изменяется на 1 метр в 1 секунду.
Единица силы Ньютон	н	п	Сила, сообщающая массе в 1 килограмм ускорение в 1 метр на секунду в квадрате.
дин = 0,102 килограмма (силы). = 105 дин X Ю2 сантиметров=
Примечание. Сила — 1 ньютон = 10s
Работа — 1 джоуль = 1 ньютон X 1 метр
= 107 эргов.	1
ж
Продолжение
Наименование	Сокращенные обозначения		Определение
	русским алфавитом	латинским (греческим^ алфавитом	
Единица работы Джоуль или ватт-секунда	дж вт-с	J W-S	Работа, производимая силой в 1 ньютон при перемещении точки приложения этой силы на 1 метр по ее направлению.
Единица мощности Ватт	вт	w	Мощность, при которой в течение 1 секунды равномерно производится работа в 1 джоуль.
III. Электрические и магнитные единицы	К		
Единица электрического тока Ампер	а	А	Сила	неизменяющегося электрического тока, который, протекая по каждому из двух бесконечно длинных параллельных прямолинейных проводников ничтожно малого кругового сечения, расположенных на расстоянии 2 метра один от другого в безвоздушном пространстве, создает между этими проводниками, на каждый метр их длины, силу взаимодействия в 10“7 силы, сообщающей массе в 1 килограмм ускорение в 1 метр на секунду в квадрате.
Единица количества электричества Кулон, или ампер-секунда Единица разности электрических потенциалов, электрического напряжения и электродвижущей силы Вольт	к а-с в	с A-s V	Количество эяектричества, протекающее через попереч’ ное сечение проводника в течение 1 секунды при неизме-няющемся токе в 1 ампер. Разность электрических потенциалов между двумя точками линейного проводника, по которому протекает неиз-меняющийся электрический ток в 1 ампер, когда мощность, потребляемая между этими точками, равна 1 ватту.
Единица эдектр и-5е ского сопротивления Ом	ом	2	Электрическое сопротивление между двумя точками линейного проводника, в котором неизменяющаяся разность электрических потенциалов между этими точками 1 вольт производит электрический ток в 1 ампер.
20—569
305
Продолжение
Наименование	Сокращенные обозначения		Определение
	русским алфавитом	латинсрим (греческим) алфавитом	
Единица электрической емкости Фарада Единица магнитного потока Вольт-секунда Единица магнитной индукции Вольт-секунда на квадратный метр Единица индуктивности и взаимной индуктивности Генри Единица магнито-движу щ е й с и л ы Ампер или ампер-виток Единица напряженности магнитного поля (магнитной силы) Ампер на метр	ф в-сек 6-сек/лР гн а а-в а/м	F V-S v-s/m? Н А A-w А[т	Электрическая емкость конденсатора, между обкладками которого существует разность электрических потенциалов 1 вольт, когда он заряжен количеством электричества 1 кулон. Магнитный поток, при убывании которого до нуля количество электричества, протекающее сквозь поперечное сечение неразветвленной линейной электрической цепи, сцепленной с эт^им потоком и имеющей сопротивление в 1 ом, протекает количество электричества, равное 1 кулбну. Магнитная индукция, при которой магнитный поток через поверхность 1 квадратный метр, расположенную в равномерном магнитном поле перпендикулярно линиям магнитной индукции, равен 1 вольт-секунде. Индуктивность электрической цепи, с которой сцепляется магнитный поток самоиндукции в 1 вольт-секунду при неизменяющемся электрическом токе в цепи, равном 1 амперу. Взаимная индуктивность двух электрических цепей, с одной из которых сцепляется магнитный поток взаимной индукции в 1 вольт-секунду при неизменяющемся токе в другой цепи, равном 1 амперу. Магнитодвижущая	сила вдоль замкнутого контура, однократно	сцепленного с электрической цепью, по которой протекает ток в 1 ампер. Напряженность магнитного поля в однородной и изотропной среде на расстоянии 2 метра от бесконечно длинного прямолинейного проводника ничтожно малого кругового сечения, по которому протекает ток в 1 ампер.
306
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ВЕЛИЧИН
В свое время были воспроизведены вещественные образцы существующих практических единиц измерения электрических и магнитных величин, и они были приняты в качестве эталонов в так называемой международной практической системе единиц.
Между абсолютными МКСА и международными единицами существуют
следующие соотношения:
1 международный джоуль = 1,00020 абсолютного джоуля
1 международный ватт = 1,00020 абсолютного ватта
1 международный ампер = 0,99985 абсолютного ампера
1 международный кулон =0,99985 абсолютного кулона
1 международный вольт = 1,00035 абсолютного вольта
1 международный ом	= 1,00050 абсолютного ома
1 международная фарада = 0,99950 абсолютной фарады
1 международный вебер = 1,00035 абсолютной вольт-секунды
1 международный генри = 1,00050 абсолютного генри
Примечания: 1. Международный ампер — сила неизменяющегося электрического тока, который отлагает на катоде 0,001118 грамма серебра в секунду, проходя через водный раствор азотнокислого серебра.
2. Международный ом — сопротивление, при неизменяющемся электрическом токе и при температуре тающего льда, ртутного столба длиной 106,30 сантиметра, имеющего сечение, одинаковое по всей длине, и массу 14,4521 грамма.
АБСОЛЮТНАЯ СИСТЕМА ЕДИНИЦ
В системе единиц CGSpo, применяемой в разного рода теоретических исследованиях в области электромагнитных явлений, принимается за единицу длины сантиметр (1 см), за единицу массы масса одного грамма (1г), за единицу времени секунда (1 сек). Магнитная проницаемость в этой системе единиц является числом отвлеченным и для вакуума принимается равной единице.
Но = 1-
В нижеприводимой таблице указаны соотношения между единицами систем.
ТАБЛИЦА
Соотношение между основными единицами систем МКСА и CGSpo
Наименование величины	Единица системы МКСА	Множитель для перехода к единицам системы CGSp.o
Время 		секунда	1
Длина 		метр	100 см
количество электричества 		кулон	0,1
Сила тока		ампер	0,1
Электрическое сопротивление 		ом	10»
Напряжение 		вольт	108
Электрическая емкость 		фарада	10-э
Магнитный поток		вольт-секунда	103
Напряженность магнитного поля ....	ампер	10-3
	метр	
Магнитная индукция 		вольт-секунда	10*
	кв. метр	
20*
307
Продолжение
Наименование величины	Единица системы МКСА	Множитель - для перехода к единицам системы CGSp.e
Индуктивность		генри	109
Магнитодвижущая сила		ампер (ампер-виток)	IO"1
Сила		ньютон	10б
Энергия (работа)		джоуль	107
Мощность		ватт	Ю7
Примечания: 1. В таблице приведены множители для перехода от системы МКСА при нерационализированной форме уравнений к системе CGSpg при нерационализированной форме уравнений.
2. В системе единиц CGSp0 установлены только следующие наименования единиц:
1.	Максвелл (мкс, Мх) — для единицы магнитного потока;
1 в-сек = 108 мкс.
2.	Гаусс (гс; Gs)— для единицы магнитной индукции;
3.	Гильберт (гб; Gb) — для единицы магнитодвижущей силы;
1 а-b = 10”1 гб.
4.	Эрстед (э; Оё) — для единицы напряженности магнитного поля;
1 — = 10“3 э. м
Кратные и дольные единицы
Наименование кратных и дольных единиц образуется путем прибавления соответствующих приставок к наименованиям единиц измерения величин. В нижеследующей таблице приведены наименования этих приставок.
Наименование	Отношение’ к главной единице	Сокращенное обозначение	
		русским алфавитом	латинским' (греческим) алфавитом
Пико		Ю-12	п	Р
Нано		10~9	Н	п
Микро 		10~6	МК	I*
Милли 		10“3	м	пг
Санти 		10~2	с	с
Деци		10“’	д	d
Дека		10	да	da
Гекто 		102	2	h.
Кило		103	к	k
Мега 			106	М	M
Гига		Ю9	Г	G
Тера		1012	т	T
308
Приложение 2
.ОБОЗНАЧЕНИЯ, ПРИНЯТЫЕ НА ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМАХ И ПРИБОРАХ
— Постоянный ток
Переменный ток
.. Провод. Стрелка указывает направление тока в проводе
Два непересекающихся собой электрического
провода, т. е. не имеющих между соединения
Два пересекающихся и соединяющихся между собой провода
Ответвление одного' провода от другого
О

Соединение провода с массой. Под .массой понимается металлическая часть какой-либо машины, например шасси автомобиля
Обозначение направления тока в сечении провода. Точка (острие стрелки) — ток идет из-за плоскости рисунка к нам. Крестик (хвост стрелки) — ток идет от нас за плоскость рисунка
Выключатель или однополюсный рубильник
Двухполюсный рубильник
.Трехполюсный рубильник

25А
Плавкий предохранитель. Цифра у предохранителя указывает ток, на который он рассчитан
Лампочки накаливания
Переключатель на два направления
Ампер,метр
Вольтметр
Ваттметр
Гальванометр
Конденсатор постоянной емкости
Конденсатор переменной емкости
Гальванический элемент или аккумулятор

Батарея, составленная из нескольких последовательно соединенных гальванических элементов или аккумуляторов
Батарея, составленная из нескольких параллельно соеди' ненных гальванических элементов или аккумуляторов
Батарея, составленная из смешанно соединенных гальванических элементов или аккумуляторов'
зи)
НШШЛЛППго
или Постоянное сопротивление
Реостат (переменное сопротивление)

Катушка без железного сердечника. Обозначение применяется для соленоидов, дросселей высокой частоты и ка-
тушек самоиндукции (индуктивности)
Катушка с железным сердечником. Обозначение применяется для дросселей низкой частоты
Электромагнит
Трансформатор высокой частоты (без железного сердечника)

Трансформатор низкой частоты (с железным сердечником)
Сериесный генератор (электромотор). Якорь обозначается кружком; обмотка возбуждения независимо от числа полюсов— одной спиралью
Шунтовый генератор (электромотор)
Компаундный генератор (электромотор)
Выпрямительный элемент (для купроксных и селеновых выпрямителей)
311
ОБОЗНАЧЕНИЕ НА ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРАХ
Электромагнитный прибор
Магнитоэлектрический прибор
1,5 К v
Тепловой прибор
Электродинамический прибор
Прибор предназначен для работы в вертикальном положе* НИИ
Прибор предназначен для работы в горизонтальном положении
Пробивное напряжение в тысяча^ вольт. Напряжение, которое выдерживает изоляция прибора относительно его корпуса
Прибор технический. При других буквах в кружке: Л — лабораторный, К. — контрольный, У — прибор-указатель
Марка завода, изготовившего прибор («Электроприбор»)-
Приложение 8
ПРОВОДНИКИ
Медь. Медь является основным металлом, используемым в электротехнике в качестве проводника электрического тока. В природе медь чаще всего встречается в виде руды, называемой медным колчеданом. Добытая из руды медь содержит большое количество примесей: железа, никеля, свинца, сурьмы и т. д. Для очистки меди от вышеуказанных примесей она подвергается электролизу в специальных ваннах. Такая медь называется электролитической и применяется для изготовления проводов. Очень часто поэтому электролитическую медь называют проводниковой медью.
Удельный вес меди 8,9. Температура плавления 1 083°. Удельное сопротивление 0,0178 (при 20°).
В зависимости от способа обработки медь получается различной твердости. Мягкая отожженная медь применяется для изготовления обмоточных и монтажных проводов и электрических кабелей. Полутвердая медь с неполным отжигом находит применение для воздушной проводки и, наконец, твердая медь идет на изготовление контактных проводов трамвая, троллейбуса и электрических железных дорог. Повышенная твердость меди, применяемой для контактных проводов, предохраняет провода от ускоренного износа токоприемниками. Твердая медь применяется также для изготовления коллекторных пластин в электрических машинах.
Алюминий. Алюминий — металл серебристо-белого цвета. После меди является наиболее важным металлом для изготовления проводов. Добывается алюминий из горной породы — бокситов (род глины). Из бокситов химическим путем получают вначале чистую окись алюминия (глинозем), из которой электролитическим путем получается металлический алюминий.
Удельный вес литого алюминия 2,64, вальцованного 2,7. Температура плавления 658°. Удельное сопротивление 0,028.
На воздухе алюминий быстро покрывается с поверхности пленкой окиси, которая предохраняет остальной металл от окисления. Обработке алюминий поддается хорошо. Применяется алюминий главным образом для изготовления голых многожильных проводов высоковольтных линий передач, изолированных проводов, предназначенных для работы на низком напряжении, и токопроводящих жил кабелей. Особое применение получили сталеалюминиевые кабели, жила которых скручена из алюминиевых и стальных проволок. Алюминий не паяется, а для соединения отдельных проволок приходится применять специальные зажимы или другие винтовые приспособления.
Бронза. Бронзой называется сплав меди с какими-либо другими металлами, прибавляемыми к ней в небольших количествах. Наибольшее применение находят следующие сорта бронз.
Фосфористая бронза со следующим составом: 3—6% олова, 0,05 — 0,13% фосфора и остальное медь. Применяется фосфористая бронза для изготовления антенного канатика и арматуры высоковольтных линий.
313
Кремнистая бронза со следующим составом: 1% олова, 0,05% кремния и остальное медь. Применяется для телеграфных проводов, контактных проводов трамвая и электрических железных дорог.
Чугун, сталь и железо. Эти металлы представляют собой химический элемент Fe (железо), встречающийся в природе в виде так называемых железных руд. При обработке железных руд получаются чугун, сталь и железо, отличающиеся друг от друга количеством содержащегося в них углерода.
Чугун — сплав железа, содержащий от 3 до 4% углерода. Кроме того, в чугуне содержится некоторое количество кремния, марганца, фосфора и серы. Удельный вес чугуна в зависимости от сорта колеблется от 7 до 7,7. Температура плавления 1100—1300°. В электротехнике чугун применяется для отливки корпусов и крышек электрических машин, для изготовления арматуры высоковольтных изоляторов и т. д.
Сталью называется сплав железа, содержащий от 0,2 до 1,7% углерода, способный принимать закалку. Сталь применяется в электротехнике как для изготовления частей электрических машин (корпуса, вала), так и в качестве магнитного материала для образования магнитопровода в электрических машинах и приборах. В магнитном отношении стали делятся на магнитномягкие и магнитно-твердые.
Магнитно-мягкие стали содержат незначительное количество углерода (около 0,25%). Применяются в виде отливок (литая'-сталь) или листов (листовая электротехническая сталь) при] изготовлении корпусов генераторов и электромоторов, сердечников якорей, трансформаторов, электромагнитов и т. д.
Магнитно-твердые стали содержат до 1,7% углерода и применяются для изготовления постоянных магнитол. Кроме этого, эта сталь применяется для изготовления телефонных и телеграфных проводов. Для предохранения стальных проводов от коррозии они подвергаются оцинковке.
Железом называется сплав, содержащий не более 0,2% углерода и не принимающий закалки. Чистое железо в технике совершенно не применяется. Обычно не принято выделять железо из группы стали, так как трудно установить грань между ними. Однако в техническом обиходе термин «железо» чрезвычайно распространен и очень часто применяется даже к мягким сортам стали. Удельный вес железа 7,8. Температура плавления около 1500°. Удельное сопротивление 0,12. Область. применения в электротехнике та же, что и у магнитно-мягкой стали. Кроме того, железо используется для бронировки электрических кабелей и проводов.
Цинк. Цинк представляет собой голубовато-белый металл кристаллического строения с сильным блеском. Добывается из руды, представляющей собой сернистые и углекислые окислы цинка. Удельный вес цинка колеблется в пределах 6,9—7,2. Температура плавления 419°. Удельное сопротивление 0,058. Цинк применяется в электротехнике для оцинковки воздушных железных проводов и железной брони проводов, а также для изготовления отрицательных электродов гальванических элементов.
Олово. Олово — мягкий металл серебристо-белого цвета. Добывается из оловянных руд. Удельный вес олова 7,28. Температура плавления чистого олова 232°. Удельное сопротивление 0,14. В электротехнике олово применяется для изготовления оловянной фольги (станиоль) и для лужения и пайки медных проводов.
Свинец. Свинец — мягкий тяжелый металл серебристо-белого цвета, быстро темнеющий на воздухе. Добывается путем обработки руды, называемой, свинцовым блеском (PbS). Удельный вес свинца 11,25. Температура плавления 327°. Удельное сопротивление 0,23. Применяется для изготовления пластин аккумуляторов. В этом случае для увеличения механической прочности к свинцу добавляется около 6% сурьмы. Свинец довольно хорошо противостоит коррозии, благодаря чему широко используется для защиты электрических кабелей и проводников.
Вольфрам. Применяется преимущественно в виде проволоки для изготовления волосков ламп накаливания и радиоламп. Удельный вес вольфрамовой проволоки 19,3. Температура плавления 3400°. Удельное сопротивление 0,056.
314
Платина. Ввиду крайне высокой стоимости платины область ее применения в электротехнике ограничена. В чистом виде платина идет на изготовление контактов в ответственных участках цепи. Иногда в этом, случае применяют сплав, состоящий из 75% платины и 25% иридия. Удельное сопротивление платины 0,091.
Никель. Никель — металл белого (серебристого) цвета. Очень трудно окисляется. Удельный вес никеля 8,9. Температура плавления 1455°. Удельное сопротивление 0,069. Применяется для изготовления пластин железо- и кад-миево-никелевых аккумуляторов. Очень широко используется также как покровный металл, предохраняющий детали от окисления (никелировка).
Латунь. Латунь — сплав меди с цинком. Как токопроводящий металл используется в электротехнике очень редко; употребляют ее лишь для изготовления различной арматуры.
Реостатные сплавы. Реостатными сплавами называются сплавы различных металлов, обладающие большим удельным сопротивлением. Проволока, изготовленная из этих сплавов, применяется для реостатов, нагревательных приборов и дополнительных сопротивлений.
Из большого количества различных реостатных сплавов наибольшее применение находят:
1.	Никелин — сплав никеля, железа, кремния и марганца.
2.	Манганин — сплав меди, никеля и марганца.
3.	Константан — сплав меди, никеля и марганца.
4.	Нихром — сплав железа, никеля и хрома.
Удельные сопротивления перечисленных сплавов приведены в табл. 6. Константан обладает способностью почти не изменять своего сопротивления при нагревании. Нихром свободно выдерживает температуры свыше 500°, почему и используется главным образом для нагревательных приборов.
Электротехнический уголь. Любое изделие из угля составляется из трех частей:
1)	углеродного материала, являющегося основой (антрацит, кокс, древесный уголь, нефтяной кокс и т. д.);
2)	связывающего вещества (продукты перегонки каменного угля — смолы, пеки);
3)	специальных примесей.
После прокаливания основного углеродного материала его подвергают размолу, а затем в него добавляются связывающие вещества, и из этой массы производится формовка необходимого изделия. Уголь применяется для изготовления электродов электрических печей, анодов, гальванических элементов, частей микрофонов и щеток электрических машин. В последнем случае к углю при необходимости добавляют медь или графит.
Приложение 4
НЕПРОВОДНИКИ (ИЗОЛЯТОРЫ) И ИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Каучук. Каучук получается из сока каучуконосных растений. В СССР наибольшее распространение получили каучуконосные растения — кок-сагыз, тау-сагыз, крым-сагыз и др.
Каучук, полученный из сока растений, называется каучуком растительным, кроме которого существует еще каучук синтетический, т. е. получаемый искусственным путем. Различными способами из сока выделяют комочки каучука, которые после соответствующей обработки принимают форму листов, пластинок и т. д. В таком виде каучук очень эластичен, легче воды и имеет, в зависимости от примесей, цвет от светлого до темного, почти черного.
Каучук для воды непроницаем.
В чистом виде каучук почти не применяется, так как подвержен действию воздуха. Очень большое применение находят соединения каучука с серой и красящими веществами. Процесс соединения каучука с указанными веществами, производимый при нагревании, называется вулканизацией. Полученный в результате вулканизации продукт носит название вулканизированного каучука, или резины.
Свойства резины зависят от количества введенной в каучук серы. Резина с малым содержанием серы называется мягкой резиной.
При содержании серы свыше 25% продукт называется твердой резиной, или эбонитом.
Мягкая резина применяется главным образом для покрытия сплошной трубкой электрических проводов, для изготовления изоляционных трубок и т, д. Твердая резина (эбонит) идет на изготовление изоляционных прокладок, втулок, панелей и других деталей, которые должны обладать высокими изоляционными свойствами. Твердая резина хорошо обрабатывается на станках и полируется. Недостаток каучука и его продуктов — боязнь огня.
Синтетический каучук (СК), по производству которого СССР занимает первое место в мире, может быть получен различными путями. Промышленное производство синтетического каучука освоила раньше всех наша страна. Сырьем для этого производства служит винный спирт, получаемый из картофеля.
Фарфор. .Фарфор представляет собой керамическую массу, состоящую из 50% каолина, 25% кварца и 25% полевого шпата (состав примерный). Обожженные кварц и полевой шпат вместе с очищенным коалинюм поступают в смесительный чан с водой. Полученная в чане масса идет после соответствующих операций на формовку необходимых изделий. Высушенные изделия покрываются глазурью и подвергаются обжигу при температуре 1350—1400°. Применяется фарфор для изготовления изоляторов различных типов и разного установочного материала.
Отдельно следует упомянуть о применении керамической массы для изоляторов запальных свечей колесных и гусеничных машин.
Высокая температура, при которой должны работать изоляторы свечи, предъявляет к материалу, из которого они изготовляются, повышенные требования.
316
Наибольшее распространение для указанной цели получили так называемые стеатитовые массы, основу которых составляет тальк, к которому добавляется пластическая глина и минерал корунд. Обжигается стеатит при 1300—1400°.
Стекло. Стекло получается в результате сплавления кремнезема (чистого песка), дающего основную прозрачную массу, к которому для плавкости добавляют поташ, соду и сульфат. В электротехнике стекло применяется главным образом как материал для изготовления изоляторов в установках низкого напряжения, баллонов ламп накаливания, колб ртутных выпрямителей и т. д.
Асбест. Асбест — минерал, имеющий волокнистое строение. Применяется в электротехнике для изготовления пряжи, идущей на изоляцию обмоточных проводов, ленты для изоляции обмоток и как наполнитель для прессованных изделий из пластмасс. Асбест хорошо выдерживает действие высокой температуры, вследствие чего асбестовый картон находит широкое применение в качестве основы, на которой располагается проволока нагревательных приборов.
Мрамор. Мрамором называется кристаллический известняк, добываемый в горах. Наиболее известные месторождения мрамора в СССР находятся на Урале, в Средней Азии и на Кавказе.
Глыба мрамора, вынутая из карьера, распиливается на распиловочных заводах на бруски и плиты, которые затем шлифуются.
Применяется мрамор в электротехнике главным образом для распределительных досок и щитков. Основной недостаток мрамора — большая гигроскопичность.
Шифер. Шифер — горная порода темного цвета. Для электротехнических целей применяется т«к называемый слюдистый шифер как более плотный и менее гигроскопичный, который идет на изготовление распределительных досок, щитков и как основа для реостатов, рубильников, предохранителей и т. д.
Слюда. Слюда представляет собой минерал, встречающийся в природе в виде залежей. Кристаллы слюды способны расщепляться на очень тонкие пластинки — до 0,007 мм. Обладая очень высокими изоляционными свойствами, слюда находит широкое применение в электрических машинах и приборах.
Способность выдерживать, не изменяя своих свойств, температуру до 600° дает возможность использовать слюду в качестве основы для размещения на ней проволоки в электронагревательных приборах.
Миканит. Миканит представляет собой искусственный фабрикат, полученный путем склейки при помощи лаков или других веществ тонко расщепленных пластинок натуральной слюды. В зависимости от процентного содержания лака миканит делится на твердый и гибкий.
Твердый миканит применяется главным образом для изоляции коллекторных пластин электрических машин, а мягкий для изоляции обмоток машин и трансформаторов. Кроме того, изготовляется так называемый жаростойкий миканит, склеенный специальными веществами, используемый главным образом для электронагревательных приборов.
Бакелит и карболит. Оба эти вещества родственны друг' другу и являются результатом взаимодействия фенолов или креозолов (продукты перегонки каменного угля) с формалином (продукт перегонки древесины). Если к этому соединению добавить для ускорения реакции щелочь, получится продукт, называемый бакелитом. При прибавлении к соединению кислоты получаемый продукт называется карболитом.
Бакелит и карболит легко растворяются в спирте, давая изоляционные лаки: бакелитовый и карболитовый.
Если бакелит или карболит нагревать, они перейдут в твердое нерастворимое состояние, приобретая хорошие механические свойства и не теряя изоляционных свойств. .
Пластические массы. Пластические массы нашли самое широкое распространение в технике в качестве заменителей цветных и черных металлов и заменителей многих дорогих изоляционных материалов.
По своему составу пластические массы чрезвычайно разнообразны, но в основном каждая из них состоит из наполнителей и связующего вещества.
817.
В качестве наполнителей используются размельченные в необходимой степени мелкие волокна, мука из минералов (асбест, тальк, каолин), древесина и. т. д. Связующими веществами являются асфальты, бакелит, карболит, жидкое стекло и всевозможные эфиры клетчатки.
Порошки наполнителей при введении в них связующих веществ подвергаются давлению в нагретом состоянии в соответствующих формах, имеющих конфигурацию необходимой детали. Благодаря тому что перед формовкой масса находится в порошкообразном состоянии, в нее- можно ввести различные’ металлические детали (втулки, контакты, зажимы) и запрессовать.
Бумага. Бумага, применяющаяся для изоляционных целей, приготовляется из оболочки растительных клетчаток древесины, из которой удалены химическим путем соки. Древесина используется только хвойных пород, и при изготовлении бумаги волокна ее не проклеиваются. Бумага разделяется на следующие сорта: кабельная бумага толщиной 0,12 мм, идущая для изоляции металлических жил кабелей; гетинаксовая бумага, применяемая для изготовления изоляционного материала гетинакса, толщиной 0,07 мм, если гетинакс предназначен для изготовления Цилиндров, и 0,12 мм при изготовлении из него пластин и плит; конденсаторная бумага, идущая в качестве диэлектрика в конденсаторах, изготовляется из льняного волокна и имеет толщину 0,012 мм.
, Хлопчатобумажные пряжа и ленты. Хлопчатобумажная пряжа изготовляется из волокон хлопчатника и разделяется на крученую и некрученую. Применяется в качестве обмоточного и оплеточного материала для проводов, идущих для обмоток электрических машин, изоляционных шнуров и силовых проводов. Из хлопчатобумажной пряжи изготовляется большинство изоляционных лент и тканей. Раньше в качестве обмоточного материала для проводов применялся натуральный шелк. Сейчас он используется только в качестве обмотки для самых тонких проводов ответственных измерительных приборов, а во всех других случаях заменяется искусственным шелком.
Лакированные ткани. Для увеличения изоляционных свойств тканей и уменьшения гигроскопичности применяют покрытие их изоляционными лаками. Наибольшее распространение из лакированных тканей получили кембрик и эксцельсиор. Кембрик — хлопчатобумажная ткань, покрытая масляным, льняным или асфальтовым лаком. Эксцельсиор получается в результате покрытия лаком шелковой ткани.
Гетинакс и текстолит. Изоляционная бумага, склеенная в несколько слоев бакелитовым лаком с последующим нагревом, дает изоляционный материал, называемый гетинаксом, или изолитом. Если же бумагу заменить хлопчатобумажной пряжей, склеенной бакелитовым лаком, продукт будет носить название текстолита. Применяются гетинакс и текстолит для изготовления изоляционных втулок панелей проходных и опорных изоляторов и т. д.
Прессшпан — бумажный материал без клея, пропитанный льняным маслом и имеющий глянцевитую поверхность. Применяется прессшпан для изготовления каркасов и щек катушек, на которые затем наматывается обмотка. Основной недостаток его как изоляционного материала — большая гигроскопичность.
Фибра. Фибра представляет собой бумажный картон, обработанный хлористым цинком, затем подвергнутый большому давлению. Область применения и недостатки такие же, как и у прессшпана.
Парафин. Парафин — вещество белого цвета. В зависимости от сорта цвет может изменяться от полупрозрачного до молочно-белого. Добывается парафин из нефти, смолы, бурого угля, торфа и сланцев. В электротехнике применяется главным образом для пропитки бумаги, заливки ленточных конденсаторов и т. д.
Канифоль. Канифоль (гарпиус) получается из смолы обычных хвойных деревьев: сосны, ели, пихты и др. Нормально канифоль желто-красного цвета со стеклянным блеском. Температура плавления 100—130°. Применяется в электротехнике для приготовления компаундных изоляционных масс, изоляционных лаков и для пайки медных проводов.
Минеральные масла. Минеральные масла являются продуктами перегонки нефти. Применяются в трансформаторах, где служат средой, воспринимаю
318
щей тепло от обмоток и отдающей его стенкам кожуха, при этом одновременно масло дополнительно изолирует систему обмоток; в, реостатах, где используется для охлаждения; в электрических кабелях, масляных выключателях и т. д.
Асфальт. Асфальт встречается в природе в виде залежей и представляет собой смолистое вещество. Имеет черный цвет, в изломе блестящ. Плавится при температуре 120—180°. Натуральный асфальт действию кислот не поддается. Большое распространение получил в настоящее время искусственный асфальт — результат переработки нефти и каменноугольного дегтя. Искусственный асфальт в отличие от натурального подвержен действию кислот. Применяется асфальт для приготовления пропиточных и заливочных изоляционных смесей и лаков.
Шеллак. Шеллак представляет собой смолу некоторых тропических растений, вытекающую при укусе молодых побегов этих растений особыми насекомыми. После обработки шеллак имеет вид мелких чешуек светлокоричневого цвета. Температура плавления 100—120°.
При растворении в спирте образует шеллачный лак. Применяется для пропитки бумаги, склейки слюды и покрытия готовых обмоток. Шеллак гигроскопичен, нестоек против масла и боится длительного нагрева.
Асфальтовый лак. Асфальт, растворенный в том или ином растворителе, носит название асфальтового лака. Масляный асфальтовый лак получается в результате растворения асфальта в масле или в другом нелетучем растворителе. Применяется для покрытия изоляции проводов и готовых обмоток. Асфальтовый лак^дает плотную и эластичную пленку с хорошими изоляционными свойствами. Асфальтовый лак с летучими растворителями (бензол, бензин) хорошо проникает в поры покрываемой им изоляции, а поэтому применяется для первичной пропитки.
Эмалевый лак. Применяется для изоляции обмоточных проводов, вместо шелка и хлопчатобумажной пряжи. Состав лака следующий: льняное вареное масло, тунговое масло, резинат кальция, гильсонит и керосин. Лак этого состава очень эластичен, выдерживает температуру до 150°, совершенно негигроскопичен и дает очень тонкий изоляционный слой. Этим же лаком покрывают иногда пластинки трансформаторного и динамного железа.
Приложение 5
ИЗОЛИРОВАННЫЕ ПРОВОДА
Применяемые в электротехнике изолированные провода разделяются по своему назначению на две группы: обмоточные и монтажные провода.
Обмоточные провода. Обмоточные изолированные провода предназначены для обмоток электрических машин и аппаратов. В приводимой ниже таблице даются маркировка обмоточных проводов и выполнение их изоляции.
Марки обмоточных проводов
Марка	Тип	Выполнение
пшо	Провод с шелковой одинарной изоляцией	Медная жила, обмотанная одним слоем шелковой пряжи
пшд	Провод с шелковой двойной изоляцией	Медная жила, обмотанная двумя слоями шелковой пряжи. Один слой в одном направлении, а другой — в противоположном
ПВО	Провод с хлопчатобумажной одинарной изоляцией	То же, что и у ПШО, только вместо шелка — хлопчатобумажная пряжа
ПБД	Провод с хлопчатобумажной двойной изоляцией	То же, что и у ПШД, но вместо шелка — двойной слой хлопчатобумажной пряжи
ПЭ	Провод эмалированный	Медная жила, покрытая горячим способом слоем эмали
ПЭЛ	Провод эмалированный для обмоток, покрывающихся лаком	Выполнение то же, что и у провода ПЭ. Особенность эмалевого слоя провода ПЭЛ — более повышенная стойкость к бензину
пэс	Провод эмалированный специальный	Медная жила, покрытая горячим способом слоем эмали. Изготовляется специально для приборов зажигания колесных и гусеничных машин
ПЭ Б О	Провод эмалированный с хлопчатобумажной одинарной изоляцией	Медная жила, покрытая слоем эмали, поверх которой нанесена обмотка из одного слоя хлопчатобумажной пряжи
320
Марка	Тип	Выполнение
ПЭБД	Провод эмалированный с	хлопчатобумажной двойной изоляцией	Медная жила, покрытая слоем эмали, поверх которой нанесена обмотка из двух слоев хлопчатобумажной пряжи
ПЭЛБО	Провод эмалированный для обмоток, покрывающихся лаком. Поверх эмали — слой хлопчатобумажной	одинарной пряжи	Выполнение то же, что и у провода ПЭЛ. Поверх эмали нанесена обмотка из одного слоя хлопчатобумажной пряжи
ПЭЛБД	Провод эмалированный для обмоток, покрывающихся лаком. Поверх эмали — хлопчатобумажная двойная изоляция	Выполнение то же, что и у провода ПЭЛ. Поверх эмали нанесена обмотка из двух слоев хлопчатобумажной пряжи
ПЭКБО	Провод эмалированный константановый с хлопчатобумажной одинарной изоляцией	Жила изготовлена из константана, сверху покрыта слоем эмали и поверх ее одним слоем хлопчатобумажной пряжи. Применяется для обмоток, которые должны иметь большое сопротивление
Монтажные провода. Монтажные изолированные провода предназначены для производства соединений между источниками электрической энергии и потребителями, а также различными приборами и аппаратами. В приводимых ниже таблицах дается маркировка наиболее распространенных монтажных проводов и их конструкция.
Марки монтажных проводов
Марка	Тип	Выполнение	Назначение
АОЛ	Провод автомобильный, одножильный, в лакированной оплетке	Жила провода свита из медных луженых проволочек, обмотана хлопчатобумажной пряжей и покрыта слоем вулканизированной резины. Поверх резиновой изоляции наложена оплетка из хлопчатобумажной пряжи, покрытая лаком	Для соединения приборов освещения и сигнализации автомобилей (со стороны низкого напряжения)
21-569
321
Марка	Тип	Выполнение	Назначение
доли	Провод автомобильный,	одно- жильный, в лакированной оплетке, бронированный	То же, что и у провода АОЛ, только поверх лакированной оплетки нанесена броня из стальных оцинкованных проволочек	То же, что и провода АОЛ. Броня служит для защиты провода от механических повреждений и одновременно может выполнять роль экрана, уменьшающего помехи на приемник радиостанции
АСО	Провод автомобильный,	одно- жильный, стартерный, в пропитанной оплетке	Жила провода свита -.из медных нелуженых проволочек, обмотана поверх кабельной бумагой и покрыта слоем вулканизированной резины. Поверх резины произведена обмотка миткалевой лентой и наложена оплетка из хлопчатобумажной пряжи, пропитанной противогнилостным составом	Для соединения электрического стартера автомобиля с аккумуляторной батареей и выключателем стартера
АСОБ	Провод автомобильный,	одно- жильный, стартерный, в пропитанной оплетке, бронированный	То же, что и у провода АСО, только поверх оп-• летки наложена броня из стальных оцинкованных проволок	То же, что и провода АСО
ШР	Шнур с медными’ жилами, с резиновой	изоляцией, двухжильный	Отдельная жила шнура свита из медных луженых проволочек, повита затем хлопчатобумажной пряжей и заключена в резиновую изоляцию. Поверх резиновой изоляции нанесена оплетка из хлопчатобумажной пряжи. Две изолированные жилы, будучи скручены вместе, образуют шнур	Для неподвижных прокладок на роликах в сетях с напряжением не свыше 220 в между жилами в сухих отапливаемых помещениях в тех случаях, когда требуется особая гибкость при монтаже
322.
Марка	Тип	Выполнение	Назначение
ПР	Провод одножильный с резиновой изоляцией	Жила свита (при сечении свыше 10 ли2) из медных луженых проволочек и заключена в изоляцию из вулканизированной резины. Поверх резины жила (при сечении свыше 6 леи2) повита миткалевой лентой и заключена в оплетку из хлопчатобумажной пряжи, пропитанной компаундом	Для неподвижной прокладки на 'роликах и изоляторах в сетях с напряжением до 380 в между жилами
ПРП	Провод одножильный, с резиновой изоляцией, заключенный в пан-цьТрь (броню)	Конструкция провода та же, что и АСО. Пан-цырь наложен поверх оплетки и состоит из стальных оцинкованных проволочек	Для соединения потребителей, источников электрической энергии и вспомогательной аппаратуры на гусеничных машинах
пм	Провод одножильный магнет-ный	Жила провода свита из луженых проволочек, обмотана хлопчатобумажной пряжей и Заключена в усиленную изоляцию из вулканизированной резины. Поверх резины наносится оплетка из хлопчатобумажной пряжи, покрытой лаком. В некоторых случаях провод снабжается экраном, составленным из медных луженых проволочек	Для соединения приборов зажигания колесных и гусеничных машин со стороны высокого напряжения
Сечения проводов указанных марок и конструкция токоведущей жилы даются в приводимых ниже таблицах.
Провода марок АОЛ и АОЛБ
Провода марок АСО и АСОБ
Плошадь поперечного “'сечения жилы," мм»	Число проволок в жиле	Диаметр каждой проволоки, мм	Площадь поперечного сечения жилы, ль*2	Число проволок в жиле	Диаметр каждой проволоки, мм
1,0	32	0,2	35	19X7	0,58
1,5	21	0,3	43	19X7	0,64
2,5	35	0,3	50	27X7	0,58
4,0	56	0,3	70	33X7	0,62
6,0	84	0,3			
21*
323
Шнур марки ШР
Ч».сло ж.'1л и площадь поперечного сечения ЖИлЫ, мм1	Количество проволок и жиле	Диаметр каждой проволоки, JHM
2x0,75	24	С,2
2Х1Д	32	0,2
2X1,5	21	0,3
2X2,5	35	0,3
2X4,0	56	С’,3
2x6,9	84	0,3
Провода марки ПР
Провода марки ПРП
Площадь поперечного сечения жилы, мм'2	Количество проколок в жиле	Диаметр каждой проволоки, мм	Площадь поперечного сечения жилы, мм*	Количество проволок в жиле	Диаметр каждой проволоки, мм
0,75	1	0,97	0,75	7	0,37
1	1	1,12	1	7	0,42
1,5	1	' 1,37	1,5	7	0,52
2,5	1	1,76	2,5	7	0,67
4	1	2,23	4	19	0,51
ь	1	2,73	6	19	0,63
Ю	7	1,33	10	49	0,51
16	7	1,68	16	55	0,60
25	' 7	2,11	25	о 5	0,75
35	7	2,49	35	133	0,58 '
50	19	1,81	50	133	0,69
70	19	2,14	70	139	0,79
95	19	2,49	95	259	0,68
120	37	2,01	120	259	0,76
150	37	2,24	150	259	0,85
			185	427	0,74
			240	703	0,65
Приведенные таблицы, помимо общего представления о конструкции провода, дают возможность установить его сечение в том случае, если оно неизвестно (отсутствует заводская бирка). Для этого поступают следующим образом. В проводе^ сечение которого йеобходимо установить, выделяют из жилы одну проволочку и, тщательно выровнив ее, измеряют диаметр при помощи микрометра или точного штангеля. Затем подсчитывают количество проволочек в жиле и в зависимости от марки провода, пользуясь той или иной таблицей, устанавливают сечение провода.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Стр. 3
Часть первая
Электрический ток и его свойства
Глава .1. Электрический ток...................................  •	8
1.	Получение электричества трением.......................... -—
2.	Проводники и непроводники................................... 9
3.	Два рода электричества..................................... 10
4.	Электронная теория......................................... 12
5.	Электрическое поле....................................  .	15
6.	Закон Кулона..............................................  17
7.	Потенциал электрического поля.............................. 18
8.	Напряжение электрического поля	20
9.	Напряженность электрического поля	*...................... 21
10.	Электрическая емкость. Конденсаторы........................ •—
11.	Понятие об электрическом токе . ........................... 23
12.	Понятие об источниках электрической энергии ............... 25
13.	Гальванические элементы...................................  27
14.	Электрическая цепь.......................................   29
15.	Количество электричества .............................	.	32
16.	Сила тока.................................................  33
17.	Электрическое	сопротивление	............................ 35
18.	Электродвижущая сила...........,	.	................. 36
19.	Электрическое	напряжение-.	,...........................  37
20.	Падение напряжения........................	. ........... 40
21.	Закон Ома.............................................   42
Глава II. Электрический ток в жидкостях и газах....................... 49
1. Электрический ток в жидкостях (электролитах). Понятие о гальваностегии...............................................   —
2. Электрический ток в газах. Понятие о зажигании рабочей смеси в двигателях внутреннего сгорания......................... 53
Глава III. Электрическое сопротивление.............................  57
1.	Зависимость сопротивления от размеров и материала проводника. —
2.	Электрическая проводимость................................. 60
3.	Зависимость сопротивления проводника от температуры . . .	61
4.	Реостаты................................................... 63
Глава -IV. Соединение потребителей электрической энергии............ 66
1.	Способы соединения потребителей электрической энергии . .	—
2.	Последовательное соединение потребителей электрической энергии . ...”...........................-.....................  —
325
Стр.
3.	Параллельное соединение потребителей электрической энергии 69
4,	Распределение напряжения и тока в цепи с параллельным соединением потребителей......................................  72
5.	Смешанное соединение потребителей электрической энергии .	74,
Глава V. Соединение источников электрической энергии................. 77
1.	Способы соединения источников электрической энергии . . .	—
2.	Последовательное соединение источников электрической энергии —
3.	Параллельное соединение источников электрической энергии 79
4.	Смешанное соединение источников электрической энергии . .	81
Глава VI. Тепловое действие электрического тока...................... 84
1.	Закон Ленца и Джоуля......................................... —
2.	Плотность тока.............................................. 87
3.	Лампочки накаливания........................................ 89
4.	Плавкие предохранители...................................... 94
5.	Термопредохранители......................................... 97
6.	Выделение тепла в местах с	недостаточно хорошим соединением 98
Глава VII. Работа электрического тока. Мощность. Коэфициент полезного действия...................................................... 100
1.	Работа электрического тока................................... —
2.	Мощность электрического	тока............,102
3.	Коэфициент полезного действия . . ,........................ 104
Часть вторая
. Электрические аккумуляторы
Глава VIII. Стартерные аккумуляторные батареи................ .	106
1.	Принцип действия аккумулятора............................. —
2.	Область применения аккумуляторов.........................107
3.	Устройство стартерных аккумуляторных	батарей.............108
4.	Химические реакции в стартерной аккумуляторной батарее .	115
5.	Напряжение аккумулятора................................. 119
6.	Плотность электролита................................... 122
7.	Емкость аккумулятора.................................... 126
8.	Типы стартерных батарей................................. 127
9.	Причины, влияющие на емкость стартерных	батарей ....	129
10.	Саморазряд стартерных батарей........................... 132
11.	Сульфатация............................................. 133
12.	'Приготовление электролита.............................. 135
13.	Зарядка стартерных батарей на зарядной станции .....	136
14.	Контрольно-тренировочный цикл........................... 142
15.	Уход за стартерными аккумуляторными батареями в процессе эксплоатации......................................... 143
16.	Хранение стартерных батарей............................. 146
17.	Понятие о щелочных аккумуляторах.......................... —
,	Часть третья
Магнетизм, электромагнетизм и электромагнитная индукция Глава. IX. Магнетизм.............................................. 150
1.	Понятие о магнетизме.....................................  —
2.	Магниты естественные и искусственные...................... —
3.	Полюсы магнита...............................  .	.	.	151
4.	Магнитное поле. Магнитные силовые линии..................152
5.	Закон Кулона. Напряженность магнитного поля..............157
6.	Молекулярная теория строения намагничивающихся тел . .	159
326