Ваш радиоприемник

Сворень Рудольф Анатольевич

Для учета влияния проводника на величину тока введен специальный коэффициент, получивший название «сопротивление». Само это слово красноречиво говорит, что чем больше сопротивление проводника, тем сильнее он препятствует движению зарядов, тем, следовательно, меньше ток. Иногда для удобства вычисления вместо сопротивления пользуются обратной величиной — проводимостью.

Основные соотношения, к которым мы пришли, четко и лаконично выражены в известном законе Ома: чем больше э. д. с., тем больше ток, чем больше сопротивление (чем хуже проводимость), тем меньше ток (рис. 5).

Рис. 5

В

качестве единицы сопротивления выбран ом (ом). Таким сопротивлением обладает проводник, в котором под действием э. д. с. 1 в возникает ток 1 а. Естественно, что если под действием одного вольта ток будет меньше ампера, то значит сопротивление проводника больше, чем 1 ом.

Без особых доказательств ясно, что чем тоньше проводник и чем он длиннее, тем больше его сопротивление. Если взять несколько проводников из разных металлов, но с одинаковыми размерами, то окажется, что наименьшим сопротивлением обладает серебро, затем идут медь, алюминий, сталь и другие. Очень высокое сопротивление у специальных сплавов — нихрома, константана, никелина и других.

Давайте несколько усложним нашу «подопытную» цепь — подключим к батарейке две лампочки, соединенные последовательно (Л₁ и Л₂, рис. 6, а), то есть так, чтобы ток последовательно проходил через одну, а затем через другую. Если вы проделаете этот нехитрый опыт, то сами увидите, что лампочки горят очень слабо, настолько слабо, что свечение их нитей можно увидеть только в темноте. И это вполне понятно. Общее сопротивление двух соединенных последовательно лампочек и 2 раза больше, чем одной, — их можно рассматривать как одну лампочку с нитью удвоенной длины. Ну, а раз сопротивление цепи возросло, то, согласно закону Ома, ток в ней уменьшился, уменьшилось число работающих электронов, а значит и выполняемая ими работа. Одним словом, когда в цепи была лампочка Л₁, то вся электродвижущая сила батарейки действовала только на ней. Теперь эта величина распределится между двумя лампочками и на каждой из них будет действовать лишь половина э. д. с.

Сейчас настал момент ввести еще одно очень важное понятие — напряжение. Это та часть э. д. с., которая достается после дележа какому-нибудь участку цепи. В нашем случае на каждой лампочке действует напряжение 2,25 в (рис. 6, а), а если бы лампочек было три, то каждой из них досталось бы уже 1,5 в. Ну, а что будет, если собрать цепь из двух лампочек с разными сопротивлениями, например, одну с сопротивлением 10 ом, а другую 20 ом? На первой из них окажется напряжение 1,5 в, на второй — 3 в (рис. 6, б).

Рис. 6

* * *

ПОДСЧИТАЛИ — РАССМЕЯЛИСЬ

Перед нами простая задача. Электрическая лампочка с сопротивлением 405 ом нормально светится при токе 500 ма. На какую сеть рассчитана эта лампочка?

Расчет ведем по одной из формул закона Ома (рис. 5). Умножаем ток на сопротивление, то есть 500 на 405, и получаем… Вот это уже действительно смешно — по нашим расчетам, к лампочке нужно подвести напряжение 220 000 в! Неужели формула неверна?

Ошибку, конечно, допустили мы сами, причем ошибку грубую и смешную. Ток нужно было выразить просто в амперах или результат в милливольтах. Для того чтобы вы в дальнейшем не смеялись нал результатами своих расчетов, предлагаем вам табличку, где в вертикальных столбиках указаны «комплекты» единиц, которыми нужно пользоваться при расчетах по формулах закона Ома, а также при вычислениях мощности.

Если под руками нет этой таблички и вы встречаете затруднения в выборе единиц, то начинайте «от печки» — все величины выражайте в основных единицах: амперах, вольтах, омах, джоулях и ваттах.

* * *

Объясняется это очень просто. Ток во всех участках цепи должен быть одинаковым — сколько электронов вышло с «минуса», столько же должно войти в «плюс». Это

условие обязательное. Если оно не выполняется, значит на одном из участков цепи заряды куда-то исчезают или, наоборот, откуда-то появляются. Ни то, ни другое, разумеется, невозможно. Для того чтобы ток во всей цепи был одинаковым, необходимо, чтобы на участках с большим сопротивлением заряды подталкивались с большей силой. Именно поэтому э. д. с. батареи автоматически распределяется так, что на участках с большим сопротивлением действует большая часть э. д. с. И еще один вывод, имеющий для нас большое практическое значение, — цепь из соединенных последовательно нескольких элементов фактически представляет собой делитель напряжения. Примером такого делителя может служить обычная елочная гирлянда, состоящая из большого числа низковольтных лампочек, соединенных последовательно.

Иногда делитель напряжения возникает помимо нашего желания. Вы, наверно, обращали внимание на то, что в карманном фонаре нормально горит лампочка, рассчитанная на 3,5 в, в то время как э. д. с. батарейки равна 4,5 в. То, что лампочка не только не сгорает, но даже не перекаливается, объясняется очень просто — напряжение на ней никогда не превышает 3,5–3,8 в. Куда же девается остальная часть э. д. с.?

Батарейка не только создает электродвижущую силу, но и частично расходует ее. Внутренние цепи батареи сами обладают сопротивлением, которое так и называется внутренним сопротивлением. Именно на нем теряется часть э. д. с. (рис. 6, б). Чем дольше работает батарея, тем больше ее внутреннее сопротивление (ничего не поделаешь — такова природа химических процессов, которые происходят в электролите и электродах). Из-за этого постепенно уменьшается напряжение, которое достается лампочке, она светится все более слабо.

В радиоэлектронной аппаратуре очень часто возникает необходимость погасить какую-то часть имеющейся э. д. с., создать делитель напряжения. Для этой цели используются специальные детали — сопротивления. Они бывают разные — проволочные (рис. 7, б), непроволочные (рис. 7, а), постоянные (рис. 7, а, б), переменные (рис. 7, в), разной конструкции и размеров, рассчитанные на разную мощность (рис. 7, г).

Рис. 7

Переходим к следующему опыту. Давайте параллельно одной из двух лампочек, соединенных последовательно, подключим третью (Л₃, рис. 8, а). Параллельное соединение часто называют шунтированием. Шунтировать в переводе на русский язык означает создавать обходной, параллельный путь.

В данном случае действительно создается обходной путь для тока — в точке б ток разветвится — часть его пойдет по Л₂, а часть — по Л₃. При этом в каждой из двух параллельных ветвей ток окажется очень слабым, и обе лампочки практически светиться не будут. Но зато лампочка Л₁ будет гореть намного ярче, чем до подключения шунта (Л₃). Дело в том, что общее сопротивление двух параллельно включенных лампочек вдвое меньше, чем одной, — включить две лампочки параллельно это то же самое, что взять одну с более толстой нитью. Ну, а раз сопротивление какого-нибудь участка цепи уменьшилось (в нашем случае это участок бв), то на нем действует меньшая часть э. д. с. и поэтому возрастает напряжение, которое достается лампочке Л₁.

Рис. 8

Между прочим, если бы сопротивление лампочек Л₂ и Л₃ было неодинаковым, то по ним пошел бы и разный по величине ток. При параллельном соединении всегда выполняется такое правило: чем меньше одно из сопротивлений, тем большая часть тока в него ответвится (рис. 8, б). Одним словом, ток старается идти по пути наименьшего сопротивления.