Т-28. Электродвижущая сила (э. д. с), ток и сопротивление — важнейшие характеристики электрической цепи. Важнейшие характеристики грузового

 

P-11

 

P-12

 

автомобиля: грузоподъемность, размеры кузова, мощность двигателя, максимальная скорость, расход горючего, стоимость... Важнейшие характеристики водяной мельницы: высота подъема воды (высота, с которой вода падает на мельничное колесо); расход воды (количество воды, которое падает на колесо в единицу времени, например в секунду); скорость вращения жерновов; рабочая поверхность жерновов; трение в подшипниках водяного колеса, в подшипниках жерновов и другие потери энергии; производительность — количество зерна, перемалываемого в час...
Важнейшие характеристики электрической цепи (Р-14) —электродвижущая сила генератора, сила тока в цепи, сопротивление нагрузки, общее сопротивление цепи...
В названиях двух первых характеристик встречается слово «сила», однако в обоих случаях оно скорее литературное украшение, чем точный физический термин. В физике «сила» — совершенно определенное, точное понятие, она может быть точно измерена, выражена точными цифрами. В повседневной речи слово «сила», хотя и имеет всегда один и тот же общий смысл, однако употребляется в самых разных конкретных значениях, часто не имеющих, ничего общего с «силой», как ее понимают физики. Вспомните выражения — «сильный дождь», «знание — сила», «вооруженные силы», «сильный ученик». В названии «электродвижущая сила» слово «сила» тоже введено как бы для образа. Сама же электродвижущая сила — сокращенно э.д.с. — показывает совсем не силу, а работу, которую может выполнить генератор, перемещая заряды по электрической цепи.
Перечисляя важнейшие характеристики водяной мельницы, мы назвали высоту подъема воды. Это действительно важнейшая характеристика, она говорит о том, насколько работоспособна поднятая плотиной вода: чем с большей высоты падает вода на мельничное колесо, тем лучше она работает. Ясно, что получение полезной работы — главная цель сооружения мельничной плотины, подъема воды на высоту. А значит, вместо, характеристики «высота подъема воды» вполне можно было бы ввести другую характеристику «вододвижущая сила» или, точнее, «работоспособность одного литра воды», которая сразу давала бы конечный результат, показывала бы, какую работу может выполнить каждый литр воды, падающий с плотины на мельничное колесо. Мы же не стали пользоваться этой удобной «работоспособностью» и выбрали «высоту подъема» только потому, что эта характеристика, по-видимому, более удобна для строителей мельничных плотин.
У любого электрического генератора одна задача — создавать ток в цепи, но о том, насколько успешно он готов справиться с этой задачей, могли бы рассказать разные характеристики генератора. Скажем, концентрация избыточных зарядов на его электродах: чем больше эта концентрация, тем энергичней заряды движутся по цепи; сила электрического поля, которое эти электроды создают; энергия, которую получает каждый единичный заряд — каждый электрон при его выталкивании из «минуса» и втягивании в «плюс». Или, что, по сути дела, то же самое, работа, которую каждый электрон может совершить, двигаясь по цепи. (Это очень похоже на работоспособность литра падающей воды.) Вот эта последняя характеристика и признана наиболее удобной, она очень точно показывает, насколько хорошо генератор может справляться с главными своими обязанностями: выполнять работу, двигая заряды по электрической цепи. И именно эта характеристика — работоспособность генератора, точнее, работоспособность зарядов, которые он двигает по цепи, — и называется электродвижущей силой генератора или сокращенно э.д.с.
Чтобы иметь точное представление о величине тока в каком-нибудь участке электрической цепи, этот участок мысленно перегораживают, устраивают в нем своего рода пограничный контрольный пункт. А затем подсчитывают, сколько свободных электронов или ионов проходит через эту воображаемую границу за единицу времени, скажем за секунду. И чем больше зарядов пройдет через «перегородку», тем, значит, интенсивнее движение зарядов, тем больше величина тока, больше (сильнее) ток. Чуть забегая вперед, отметим, что величина тока зависит от э.д.с. генератора — чем большую энергию может передать генератор свободным зарядам, тем быстрее они будут двигаться и тем большее количество зарядов включится в электрический ток. Тем сильнее этот ток.
Сопротивление, или, как еще говорят, электрическое сопротивление, — характеристиками всей цепи в целом, и отдельных ее участков. Сопротивление — итоговая характеристика, в которой учтено множество различных сложных процессов. Таких, например, как уход электронов с внешних орбит некоторых атомов, или собственные тепловые колебания атомов и молекул, или еще сложность атомов, из которых состоит вещество, наличие в этом веществе каких-либо примесей. Просуммировав все эти факторы, характеристика «сопротивление» говорит о том, насколько легко генератору создавать ток в данном участке электрической цепи. Даже не вдаваясь в подробности, можно представить себе, что ток создается тем легче, чем легче внешние электроны покидают атом и чем больше этой свободной рабочей силы блуждает в межатомном пространстве. И еще ток создается тем легче, чем меньше размеры атома и чем дальше атомы расположены один от другого — в этом случае электрону легче двигаться в межатомном пространстве.
Сопротивление, как говорит сам смысл этого слова, показывает, насколько данный участок цепи или вся цепь в целом сопротивляются созданию

 

P-13

P-14

электрического тока. И чем меньше сопротивление какого-либо проводника, тем легче генератору создавать в нем ток, тем больше будет этот ток при прочих равных условиях.
Не кажется ли вам, что в нашем рассказе об электрической цепи слишком часто используются слова там, где должны быть цифры? Мы говорим «много», «мало», «сильный», «слабый», «больше», «меньше» вместо того, чтобы точно сказать, сколько, на сколько, во сколько раз. Слова помогают понять суть дела, понять, как говорится, качественную сторону. Это очень важно, но не всегда достаточно. Можно понимать всю важность щедрого приема гостей, но нельзя прийти в магазин и сказать: «Продайте мне, пожалуйста, много печенья и очень много конфет». Вместо этих слов нужно назвать точные цифры 2 и 8 или 2 и 3 и добавить к ним единицы измерения — «килограммов».
Если в своем путешествии в мир электротехники и электроники вы ставите перед собой практические задачи, скажем, изучение конкретных электронных приборов, знакомство с конкретными электронными установками или даже самостоятельное изготовление некоторых из них, то вам необходимо сделать следующий шаг — от общих представлений об электрическом заряде, токе, э.д.с, сопротивлении перейти к их количественной оценке.
Читать следующую теорию
Вернуться на предыдущую

значёк