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.
Закон Ома соблюдается не только для простейшей, но и для любой сложной цепи, а также для каждого ее участка в отдельности. Так, в частности, для того, чтобы определить общий ток, потребляемый от батареи, нужно прежде подсчитать общее сопротивление всей цепи, а затем производить вычисления как обычно — по закону Ома. Ток I в любом участке цепи можно также подсчитать по закону Ома, если известно напряжение U на этом участке и его сопротивление R.
Отсюда можно сделать важный логический вывод: чем больше ток, проходящий по какому-нибудь сопротивлению, тем больше и действующее на нем напряжение (рис. 9).
Рис. 9
Это очень хорошо иллюстрируется предыдущим примером. Подключив третью лампочку, мы уменьшили сопротивление одного из последовательных участков цепи (участок бв), а значит, и ее общее сопротивление. При этом естественно увеличился общий ток (закон Ома!) и, значит, увеличилось напряжение (иногда еще говорят: падение напряжения) на лампочке Л1, по которой этот общий ток проходит.
В заключение этой главы несколько слов о работе и мощности.
Мы с вами говорили, что э. д. с., а значит и напряжение на каком-либо участке цепи, характеризует ту силу, которая заставляет свободные заряды двигаться и таким образом создает электрический ток. Нужно признаться, что это не очень строгая формулировка — она скорее создает образ, чем дает четкое определение. Строго говоря, напряжение, или э. д. с., — это работа, которую сможет выполнить источник тока, перемещая заряды по цепи. Напомним, что единица работы в практической системе единиц — это джоуль (дж). Он соответствует поднятию груза в 102 г на высоту 1 м, то есть равен 0,102 килограммометра (кГм). Так вот, если, перемещая по цепи заряд в 1 к, источник выполняет работу в 1 дж, то э. д. с. такого источника равна одному вольту. Аналогично определяется и вольт напряжения на участке цепи. Совершенно ясно, что чем меньше силы, которые двигают заряд (первое определение), то есть чем меньше его работоспособность (второе определение), тем меньше и напряжение.
Мощность во всех случаях — это работа, отнесенная к единице времени. Единицей мощности служит ватт (вт), который показывает, какая работа в джоулях выполняется за одну секунду. Очень просто подсчитать мощность, выделяемую на каком-нибудь участке электрической цепи. Для этого нужно напряжение на этом участке умножить на величину проходящего по нему тока. Поскольку напряжение — работа в джоулях, которая приходится на один кулон, а ток в амперах — число кулонов за одну секунду, то произведение этих величии даст мощность в ваттах.
Мощность является характеристикой как генераторов, так и потребителей электрической энергии. В первом случае она говорит о том, что может дать генератор, чего можно от него ожидать. Во втором случае имеется в виду мощность, которую может поглотить тот или иной элемент цепи. Так, если к лампочке, рассчитанной на 200 вт, подвести 500 или даже 300 вт, то она перекалится и выйдет из строя. Точно так же существует предельно допустимая мощность, при которой обычное сопротивление еще в состоянии рассеять со своей поверхности выделяющееся в нем тепло. При большей мощности сопротивление сильно перегреется и в итоге сгорит.
Очень важно еще раз подчеркнуть, что мощность в одинаковой степени зависит и от тока и от напряжения. Это значит, что одну и ту же мощность можно получить при большом токе и малом напряжении или, наоборот, большом напряжении и малом токе (рис. 10).
Рис. 10
Вот мы с вами и выполнили программу-минимум — вспомнили основные элементы электротехники, без которых практически невозможно было бы знакомиться с приемником. Нам, правда, нужно будет еще кое-что вспомнить о переменном токе и об электромагнитной индукции. Но с этим мы легко справимся «по ходу дела», когда будем разбирать, как происходит радиопередача и радиоприем, как работают различные приемники и отдельные их узлы.
Наряду со множеством загадочных процессов, которые происходят в радиоприемнике, есть один, не вызывающий никаких сомнений, — это создание звуковых колебаний. Только очень маленькие дети, ну, скажем, от трех до пяти, могут поверить, что в футляре спрятались человечки, которые поют, играют и разговаривают. Что же касается детей постарше, то им эту сказку рассказывать не стоит. Они понимают, что в приемнике с помощью каких-то специальных устройств удается «подражать» настоящим голосам артистов, воспроизводить звонкие переливы флейты или многоголосье большого оркестра.
Следует прямо сказать, что разместившаяся в приемнике фабрика синтетического звука не так-то проста. Для того чтобы понять, как она работает, надо прежде всего знать, что такое звук и чем отличаются одни звуки от других.
Вы тронули гитарную струну, она пришла в движение и увлекла за собой окружающий воздух. Теперь во все стороны от струны со скоростью около 330 метров в секунду расходятся звуковые волны — непрерывно перемещающиеся области сжатого и разреженного воздуха. Все это немного похоже на обычные волны, которые расходятся по поверхности во все стороны от брошенного камня — участок с наибольшим давлением воздуха чем-то напоминает гребень волны, участок с наименьшим давлением — седловину. Кстати, в толще воды с помощью специальных излучателей можно создать и настоящие звуковые волны сжатия и разрежения, распространяющиеся широким фронтом. Сейчас уже точно установлено, что именно так переговариваются рыбы, обсуждая свои рыбьи дела. Звуковые волны могут возникать в любом твердом, жидком или газообразном веществе — в металле, бетоне, водяных парах, в потоке нефти. Их нельзя создать только в абсолютной пустоте — там просто нет вещества, которое могло бы сжиматься и разрежаться. Если, повторяя известный опыт со звонком, вы поместите приемник под большой стеклянный колпак и откачаете оттуда воздух, приемник ваш замолкнет, хотя все его узлы будут по-прежнему работать исправно.
