2-11. ЗАВИСИМОСТЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ. И ДАВЛЕНИЯ

Говоря О Законе Ома (§ 2-8), мы подчеркивали требо­вание неизменности таких физических условий, как темпе­ратура и давление. Дело в том, что обычно сопротивление проводников зависит от температуры;

Сопротивление металлических проводов увеличи­вается C нагреванием.

Для медных проводов увеличение температуры на каж­дые 2,5° C Вызывает увеличение сопротивления приблизи­тельно на 1 % (на одну сотую их первоначального сопро­тивления), или сопротивление увеличивается на 0,4% при подъеме температуры на 1°С. Те значения удельных со­противлений, которые были приведены выше, соответству — IOT температуре 20° С.

Пример I, Покажем, как можно подсчитать удельное сопротивле — при изменении температуры.

Пусть, например, требуется определить удельное сопротивление ме­ди при температуре 45° С.

Мы знаем, что при 20° C оно было равно 0,0178 ом на 1 м длины при сечении 1 мм^. Мы знаем, что каждые 2,5° C оно возрастает на 1%, т. е. на

0,0178 100 '
: 0,000178.

на 10’/о больше,Новая температура превосходит 20°С на 25°С. Значит, искомое удельное сопротивление

Чем 0,0178:

0,0178

Уд. сопрот. при 45°С = 0,0178 + 10 jθθ =0,0196 ом на i м при 1 мм\

Зависимостью сопротивления от температуры часто пользуются для определения температуры медных прово­дов в электрических машинах.

Этой же зависимостью сопротивления от температуры пользуются для устройства электрических термометров, основанных на измерении сопротивления куска проволоки (часто намотанного в форме спирали), расположенного в том помещении, температуру которого хотят определить.

При таком измерении температуры легко сосредоточить в одном месте наблюдение за температурой разных частей помещения (например, в холодильниках) или разных ча­стей промышленных установок.

При этом можно пользоваться единственным стрелоч­ным измерительным прибором, переводя переключатель в разные положения: при каждом новом положении для измерения включаются проволочные спирали, расположен­ные, например, на разных этажах холодильника.

Пример 2. Сопротивление обмотки электрической машины при^0°С было равно 60 ом. После часовой работы машины сопротивление об­мотки возросло до 69,6 ом. Определить, насколько нагрелась обмотка если при повышении температуры на каждые 10° C сопротивление уве­личивается на 4%?

Прежде всего ищем, на сколько процентов увеличилось сопротив­ление:

69,6 om — 60 om
60 om
,■.100= 16%.

Теперь легко находим, что температура возросла на 40° С, т. е. стала равной 20+40 = 60° С.

Мы знаем, что сопротивление зависит от температуры. Поэтому естественно теперь должны возникнуть два во­проса.

60

Первый вопрос; не меняется ли сопротивление электрических ламп, когда в них накаляется нить?

Ответ. Да, конечно, сопротивление нити холодной лам­пы меньше, чем сопротивление в рабочем состоянии. К это­му и относилось наше примечание, сделанное в § 2-7.

Второй вопрос: не объясняется ли электрическая характеристика бареттера (§ 2-10) те. м, что по мере уве­личения тока нить разогревается и возрастает ее сопро­тивление?

Ответ. Да, именно этим. По мере увеличения тока нить нагревается сильнее и сильнее, ее сопротивление растет, а поэтому для небольшого (почти незаметного) увеличе­ния тока может потребоваться значительное увеличение напряжения.

Заметим только, что очень часто нелинейность харак­теристики объясняется чисто электрическими явлениями. Так обстоит дело в случае керамического материала, ха­рактеристика которого приведена на рис. 2-24.

В ряде измерительных приборов и в специальной аппа­ратуре часто требуется, чтобы их сопротивление не изме­нялось C температурой. Для таких изделий разработаны сплавы, сопротивление которых практически не зависит от температуры.

Из таких сплавов чаще всего пользуются манганином H константаном.

Многие проводники заметно изменяют свое сопротивле­ние при их растяжении или сжатии. Это свойство провод­ников тоже нашло важное техническое применение: в на­стоящее время часто по изменению электрического сопро­тивления специально изготовленных элементов судят о давлениях и малых перемещениях, возникающих, напри­мер, при нагрузках балок, рельсов, частей машины и т. п.

2-12. ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА И ЗАКОН ЛЕНЦА-ДЖОУЛЯ

Если в цепи есть ток, провода, по которым он проте­кает, нагреваются.

Нагревание проводов, предназначенных, например, для осветительной сети, должно быть невелико, так как иначе может разрушиться их изоляция и даже произойти пожар. Наоборот, проволока, скрученная в спирали для электриче­ских плиток или кипятильников, должна нагреваться до очень высокой температуры.

Трудно заметить нагревание провода 4 Мм^, когда по Нему проходит ток 5 А. Но попробуйте пропустить через

эмилии христианович ленц (1804—1865 гг.).Такой провод ток 200 А— Провод очень скоро силь­но нагреется. Если же взять провод сечением 120 То нагревание,

Которое в этом случае будеть производить ток 200 А, также будет очень незначительно.

Но нагревание прово­дов, хотя бы и слабое, все же обязательно со путствует току.

Чем больше ток в про­водах, тем сильнее они греются.

Нагревание проводов током служило предме­том исследований акад. Э. X. Ленца (в Петер­бурге в первой половине прошлого столетия). Независимо от него такие же исследования в Англии проводил Джоуль. Открытый ими закон и получил название закона Ленца—Джоуля:

Количество тепловой энергии, ежесекундно выделяюще­еся в проводнике сопротивления г, когда по нему проходит ток /, выражается формулой

Тепловая энергия

Время прохожде^я × × СОПроПШеле^ше.

Так как частное от деления энергии на время равно мощности, то

Мощность —ток × ток сопротивление Или, пользуясь буквенными обозначениями*:

P = IJR.

Приведенные формулы показывают, что

При удвоении TOKa Moω,Hocτb увеличивается вчетверо.

‘ Вместо того, чтобы одну и ту же величину писать множителе’ 2 раза, т. е. / • I, часто пишут /2. Цифра 2, стоящая над обозначение’ величины, показывает, что величина входит множителем дважды. Вь Ражение обычно читают так; квадрат тока илн / квадрат.

Конечно, это верно при неизменности сопротивления.

Если

Вдвое увеличить сопротивление, вдвое увеличит­ся и мощность.

Конечно, при условии неизменности тока.

Для того чтобы мощность оказалась выраженной в ват­

Тах, ток следует выражать в амперах, а сопротивление — g омах.

Обратим внимание на то, что закон Ленца — Джоуля можно было бы вывести из ранее данного выражения;

Мощность = ток × напряжение,
Если в нем второй множитель, т. е. напряжение, предста-
вить как произведение тока и сопротивления (закон Ома):
Напряжение = ток × сопротивление.

При помощи закона Ома можно придать закону Лен­ца— Джоуля и такую форму;

мощность-сопротивлениеu-u u^Нап ряжениеУС. нап ряжение

Или очень удобную в тех случаях, когда сопротивление Г Присоединяется непосредственно к сети известного на­пряжения.

Пример 1. К напряжению £7=200 в приключена лампа с сопро­тивлением г=800 ОЛ1. Определить мощность лампы.

По закону Ленца — Джоуля находим, что мощность равна

! 50 βm,£/2 _ 200 β×200 в

Г 800 OM

p 50 βm
ti wt
=: 0,25 а.Что соответствует току

Z =

Пример 2. Электрическая печка состоит из нихромоаой проволоки, чамотапной на фарфоровый каркас. Когда эта обмотка присоединяется сети напряжением 240 в, печь потребляет мощность 960 зг. Найти, акой ток подводится при этом из сети, а также каковы будут мощ — OCTb п TQK, если напряжение уменьшится в 2 раза, а сопротивление

’’апется HeiiBiMeHHbiM.

Решение, Прежде всего, зная мощность P — 960 Вт и иапряже — ние и = 240 в, легко найдем соответствующий ток:

= 4 а.P __ 960 вт

^¾0^β

Зная ток и напряжение, мы теперь легко можем найти сопро­тивление нихромовой обмотки печи по закону Ома:

и 240 s,= 60 ом.

Предполагая, что сопротивление печи останется таким Же И при напряжении, в 2 раза меньшем (120 в), найдем ток, который будет подводиться при этом из сети

и 120 в,60 om,= 2а.
мощность печи теперь будет равна:
p = i-u = 2-120 = 240 βzπ.
раза,таким образом, мы видим, что уменьшение напряжения в 2 сопровождается уменьшением мощности в 4 раза.
пример 3. два нагревательных прибора, имеющих сопро1тивле-ние один 10 ом, другой 20 ом, присоединены параллельно к сети напряжением 100 в. найти мощность, т. е. количество тепловой энергии, выделяющееся в первом и во втором приборах за 1 сек.
решение. по закону ома находим, что ток в первом приборе равен.
iooe
,10 om,= 10 а,
а во втором
iooe
iг ~ = 5 а,
“ 20 om
oτκya,a мощность первого прибора
= Λ'^ι∙'^ι = 10 “'10 10 oaf= 1 000 вт
и второго
pj = = о а-5 а.20 om = 500 вт.
нетрудно убедиться в том. что если бы эти два прибора были включены послеловательно (через них проходил бы одинаковый ток) мощность, выделяющаяся во втором приборе, была бы больше.
пример 4. через сопротивление r=20 ом проходит ток /=5 чему равна мощность р, потребляемая в этом сопротивлении, т. е количество тепловой энергии, выделяющееся в этом сопротивлении за 1 сек?
решение. по закону ленца — джоуля находим:
p = 1:1 : г = 5 а:5а;20 ом = 500 джоулей в секунду,
500 вт.
,илк

2-13. КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ И ПЛАВКИЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ

Мы уже говорили, что при протекании тока провода нагреваются, но что при правильно подобранных сечениях проводов этот нагрев очень мал. Он, однако, может до­стичь опасной величины при коротком замыкании прово­дов, т. с. при непосредственном их соприкосновении. При, этом в замкнутой цепи тока вместо большого сопротив­ления приемника оказывается включенным лишь малое сопротивление проводов, вследствие чего (закон Ома!) в та­кой цепи произойдет заметное увеличение тока (ток короткого замыкания).

Пример. От генератора идут медные прбвода сечением 35 Мм^.

■0,5кмрис. 2-25. короткое замыкание в линии.На расстоянии 0,5 Км от этих проводов сделана отпайка тоже мед­ным проводом, имеющим сечение 4 Мм"^. Длина этой отпайки 50 М. Напряжение генераторов 130 в

(рис. 2-25).

Найдем, какой ток пойдет по цепи, если на конце нашей отпайки нарушится изоляция между проводами и провода придут в соприкосновение.

Иначе говоря, требуется найти, чему будет равен ток при коротко. ч замыкании в конце цепи.

Чтобы определить ток, мы можем воспользоваться зако­ном Ома. Действительно, мы

знаем напряжение генератора ([7=130 е) и подсчитать сопротивление проводов нашей цепи.Легко можем Общее сопро­тивление нашей цепи сложится из сопротивления 1 Км провода сече­нием 35 .viΛ(2 и из сопротивления 100 М провода сечением 4 Мм^ (вы­числяя длину проводов, мы учитывае. м как прямой, так и обратный пути тока). Сопротивление 1 Км медного провода сечением 35 Мм^ Нами уже было подсчитано (§ 2-8), оно равно 0,51 олг.

Сопротивление 100 М медного провода сечением 4 Мм^ равно:

100

0,0178 —= 0,44 Ом.

Следовательно, общее сопротивление всей цепи г = 0,51 0MJ 0,44 OM = 0,95 Ом.

По закону Ома находим ток:

, [‘ 130 В

~ г 0,I)5 OM ~

Этот ток — TOK короткого замыкания — значительно превосхо — Ту наибольшую величину тока (порядка 25 А), которая может

Ротекать по проводам сечением 4 Не вызывая их заметного «агревания.

65За». 621


Мы убедились в том, что при коротком замыкании то; резко возрастает. Но мы взяли в качестве примера уста новку низкого напряжения и довольно большое сопротив ление проводов (провода небольшого сечения). В мощны; установках высокого напряжения ток короткого замыка­ния может значительно превосходить 1 000 А.

Если только цепь тока, в которой произошло короткое ■ замыкание, не будет очень скоро тем или другим способо. м разорвана, провода сильно нагреются. Иногда провода мо­гут даже расплавиться или же на них может начать гореть изоля­ция. Кроме опасности таких явле­ний, при коротком замыкании боль шая мощность будет совершении бесполезно расходоваться на на­грев проводов.

Поэтому во всех электротех­нических установках должно быть

Рис. 2-26. Плавкие вставки.

Предусмотрено автоматическое отключение от генератора участка цепи, на котором произошло короткое замыкание.

Плавкие предохранители. Простейшим устройствохМ для такого отключения являются плавкие предохранители. Плавкий предохранитель представляет собой тонкую про­волоку (или пластинку с одним или несколькими сужения­ми— рис. 2-26), включенную в рассечку проводов, как это показано на рис. 2-27.

При протекании ненормально большого тока (ненор­мально большого для данных проводов) особенно сильно начинают нагреваться именно эти проволоки, так как их сечение всегда берется значительно меньшим, чем сечение предохраняемых проводов. В результате они расплавля­ются и прерывают цепь тока.

Плавкие вставки для разных сечений защищаемых ∏Pθ’ водов и для разных потребителей энергии, разумеется, рутся различные. Плавкие предохранители дейсгвительВ® выполняют свою задачу только тогда, когда они правильно 66

Нпабкие

Icmu6κu.

0—— I⅛Π-

Рис. 2-27. Включение плавких предохранителей.

Еьтбраны; плавкая вставка для провода 16 Мм^ не будет достаточно защищать провод сечением 4 Мм’^.

Для прерывания больших токов и при высоких напря­жениях плавкие предохранители применяются редко; в этих установках устраивается иного рода автоматиче­ская защита.

2-14. УСТРОЙСТВО ТЕПЛОВЫХ АМПЕРМЕТРОВ И ВОЛЬТМЕТРОВ

Тепловым действием тока иногда пользуются для устройства электроизмерительных приборов.

Тепловой амперметр (рис. 2-28), основанный на свой­стве тока нагревать провода, устроен так; к двум не­подвижным зажимам присоединена тонкая проволока. Эта проволока оттянута книзу шелковой нитью, связанной C пружиной. По пути ‘Эта нить петлей охватывает подвиж­ную ось, на которой укреплена стрелка.

рис. 2-28. тепловой амперметр. буквой п обозначена пружина.

Измеряемый ток подводится к неподвижным зажима. м и проходит через проволоку (путь тока показан стрелка — ми). Под действием тока проволока немного нагреется. От нагре. вания она чуть-чуть удлинится, и шелковая нить, ∏p∣π- Нрепленная к проволоке, оттянется пружинкой. Движение нити повернет ось и сидящую на ней стрелку.

По отклонению стрелки и определяют величину тока; чем больше ток, тем больше нагревается нить, тем больше поворачивается стрелка.

Вольтметр. Итак, мы знаем, как можно устроить при­бор, измеряющий ток. Но как измерить напряжение? Вос­пользуемся законом Ома. Ведь ток, протекающий в данной цепи, определяется величиной напряжения. Поэтому, если известно, сопротивление прибора и известен ток, протекаю­щий через него, Мы Сразу можем определить и величину напряжения, приложенного к прибору.

Пусть, например, мы имеем миллиамперметр ‘ с внут­ренним сопротивлением 750 Ом.

Пусть после включения прибора между двумя какими — либо точками цепи стрелка прибора показывает, что через него проходит ток 20 Ма (0,02 А). Значит, напряжение между этими точками равно:

750 OM 0,02 G= 15 В.

Особенности вольтметра и амперметра. Казалось бы, амперметры и вольтметры могут взаимно заменять друг друга. Но в большинстве случаев это не так: обычно вольтметры имеют настолько большое сопро­тивление, что последовательное включение вольтметра равносильно разрыву цепи; напротив, Амперметры имеют Настолько Малое сопротивление, что включение ампермет­ра прямо на сеть (а не последовательно с потребителем) равносильно короткому замыканию.

Необходимость того, чтобы вольтметры обладали боль­шим сопротивлением, а амперметры — малым, вытекает из самого характера включения этих приборов в сеть (рис. 2-14).

Вольтметр, включенный параллельно с потребителем, должен потреблять возможно малый ток, а амперметр, включенный последовательно с потребителем, должен брать на свою долю возможно малое напряжение. Это зна­чит, что сопротивление амперметра должно быть возмож­но малым, а сопротивление вольтметра должно быть воз­можно большим.

Пример. Амперметр обладает сопротивлением 0,05 ол« и включен последовательно с группой ламп, потребляющих ток JO А при напря­жении 120 В.

‘ Миллиамперметром называется прибор для измерения малых то­ков—миллиамперов. 1 Ма = 0,001 А 68

Вольтметр включен параллельно с лампами и обладает сопротив­лением 2 000 Ом.

Требуется найти напряжение, ток и мощность, потребляемые вольт­метром и амперметром.

Решение. Напряжение на зажимах амперметра равно по зако — н> Ома;

10 a∙0,05 OM = 0,5 В.

Мощность, потребляемая амперметром, следовательно, равна 0,5 β∙ 10 Ω = 5 Вт.

Ток, проходящий через вольтметр, равен по тому же закону
120 В

2 000 OM θ’°θ “•

И мощность, потребляемая вольтметром,

0,06 а -120 в — 7,2 Вт.

Из рассмотренных свойств амперметра и вольтметра понятно, почему во всех рассмотренных примерах электри­ческих цепей мы не учитывали сопротивления ампермет­ров и токов, ответвляющихся в вольтметры.

2-15. НАПРАВЛЕНИЕ ТОКА И ЕГО ХИМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ

По тепловому действию тока можно определить его величину. Но ток определяется не только величиной, а еще и направлением. О направлении тока можно судить по его механическому взаимодействию с магнитами (см. следующую главу) или по химическому действию тока.

Если ток протекает по металлическому проводниково­му контуру, то как бы ни был велик ток и как бы долго он ни протекал, никаких изменений в составе металла не происходит. Но возьмем концы проводов, идущих от гене­ратора, и присоединим их к медным пластинам, опущен­ным в сте. клянный сосуд с раствором медного купороса (рис. 2-29). Раствор медного купороса — проводник, по­этому в нащем случае будет существовать замкнутая цепь.

Протекание тока в такой цепи теперь будет связано Cопределенными химическими явлениями: на одной из пла­стин, опущенных в раствор купороса, начнет осаждаться Медь, напротив, другая пластина будет разъедаться, и медь C нее будет переходить в раствор.

Таким образом, медь как бы переносится током с од- 8ой пластины на другую. Направление, в котором происхо — 69

внешняя
часть
цепа,
рис. 2-30. во внешней части цепи ток идет от положительного зажима генератора (+) к отрицательному (—). во внутренней части цепи, г. е. в самом генераторе, ток идет от (—) к (-(-). замкнутую цепь ток обтекает в одном направлении (показанном стрелками).

сатай, пластаны медь переходит в раствор caomoa пластане аз рас- тдора осалдаетсл медь,рис. 2-29. ток в растворе медного купороса.
мель переносится с положительной пластины на отрицательную.

Ди-^ перенос металла в растворе, условно принимается за положительное направление тока.

Переменим местами концы проводов, присоединенных к пластинам. Что при этом произойдет?

Та пластина, на которой раньше осаждалась медь, те­перь будет разъедаться, а на пластине, которая разъеда­лась, теперь будет осаждаться медь. Значит, ток между

Пластинами изменил направ­ление, а это в свою очередь

Значит, что ток в проводах, соединенных с генератором, так же как и ток в самом генераторе, сохранил прежнее направление. Этому нетрудно найти естественное объяс­нение: генератор продолжает работать так же, как он ра­ботал раньше, и, следовательно, стремится посылать ток в прежнем направлении.

Для того чтобы знать, в каком направлении генератор будет посылать ток, его зажимы обозначаются знаками -÷ (плюс) и — (минус) и называются соответственно поло­жительным и отрицательным.

Знаком + обозначают зажим, из которого ток выходит во внешнюю часть цепи, знаком — обозначают тот за­жим, через который ток возвращается в генератор (рис. 2-30).

Во внешней цепи ток идет от положительного ( + ) зажима к отрицательному (—) зажиму. Внутри генератора ток идет от — зажима к -+- зажиму.

Химические явления, подобные только что показанным, наблюдаются не только в растворе медного купороса. Пря

борис семенович якоби (1801 — 1874 гг.).Протекании тока через раство­ры щелочей и кислот, через раствор азотнокислого сереб­ра и т. п. также наблюдаются различные химические превра­щения

При этом химический про­цесс на одной и другой сторо­нах металлической цепи, зам­кнутой через электролит, все­гда бывает различным. Это делает понятной необходи­мость различать направление тока. Однако различать на­правление тока надо и для то­го, чтобы знать, как будут происходить его магнитные действия (гл. 3).

Кроме того, существуют

Нелинейные элементы, окалывающие различное сопротив ление току в зависимости от его направления (§ 2-17).

Электрохимические явления имеют большое значение в промышленности.

Первым применением электрохимии было получение медных отпечатков (медных форм) по способу, открытому в России в середине прошлого века инженером, акад. Б. С. Якоби.

Переменный ток. На практике чаще всего применяются генераторы, дающие переменный ток, т. е. ток, все время из­меняющий направление, — ток течет то в одну, то в дру­гую сторону (в обычных сетях переменного тока он меня­ет свое направление 100 раз в секунду) Если электроли­тическую цепь питать переменны. м током, химические из­менения в ней будут незаметны.

Если, например, взять опять тот же раствор медного купороса и присоединить его к источнику переменного то­ка, ток в электролите будет протекать и будет выделять Медь то на одной, то на другой пластине, причем на про­тивоположной пластине в это же время будет происхолить переход меди в раствор.

переменному току посвящена шестая глава этой книги.‘ Все виды проводящих веществ, протекание тока через которые ‘^Вязано C химическими превращениями, называют электролитами.

То ничтожное количество меди, которое успеет выде­литься за одну сотую долю секунды, в следующий проме­жуток времени вновь будет переходить в раствор.

Тепловое действие не зависит от направления тока, по­этому переменный ток может спокойно применяться для ламп накаливания, электрических печей и т. п.

Тепловые вольтметр и амперметр одинаково при­годны для измерения постоянного (по направлению) и переменного тока.

2-16. АККУМУЛЯТОРЫ и ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Остановимся еще на кратком описании того, как нужно понимать работу аккумуляторных батарей. Что значит: «аккумулятор разрядился»? Что происходит при его за­рядке?

Химические процессы происходят с выделением энергия или C поглощением энергии. Начнем с одного примера из химии. Водород \ сгорая, т. е. соединяясь с кислородом выделяет громадное количество тепла. Хорошо известна высокая температура водородного пламени, применяемого для сварки и резания металлов.

В результате соединения водорода с кислородом обра­зуется водяной пар. Охлаждаясь, этот пар становится во­дой. Вода—одно из соединений водорода с кислородом — под влиянием определенных воздействий может быть сно­ва разложена на водород и кислород. Однако для такого разложения нужно затратить определенную энергию.

Таким образом, сгорание водорода сопровождалось бурным выделением энергии. Напротив, разложение воды будет сопровождаться поглощением энергии. Эта энергия вновь будет выделена при сжигании полученного водоро­да. Правда, при разложении воды придется перерасходо­вать энергию на побочные явления, не связанные непо­средственно C разложением воды.

Примеров такого рода химических процессов, поглощаю­щих или выделяющих энергию, можно привести очень много. Одним из таких процессов являются и те измене­ния, которые происходят по действием тока, протекающе­го через аккумуляторную батарею.

* Бесцветный газ, применявшийсч, между прочим, для заполнения аэростатов и дирижаблей, так как он легче воздуха.

Одна из составных частей воздуха, необходимая нам в процессе дыхания. Горение дров, угля светильного газа и т. п. представляет со­бой не что иное, как процесс их соединения с кислородо. ч,

Разрядка и зарядка аккумуляторов. Аккумулятор посы­лает ток в определенном направлении. Если включить его в замкнутую цепь, то в ней будет протекать ток, в этой це­пи будет происходить выделение энергии (например, нагре­вание проводов В Соответствии с законом Ленца — Джоу­ля). В самом аккумуляторе при этом будет происходить химический процесс, подобный как бы горению (напри­мер, соединению водорода с кислородом),

Аккумулятор сможет давать ток до тех пор, пока в нем не израсходуется запасенная химическая энергия, пока он не разрядится. Пока аккумулятор питает электрическую цепь, ток внутри аккумулятора направлен от —зажима к + зажиму.

Для того чтобы заставить ток протекать через аккуму­лятор в противоположном направлении, он должен быть присоединен к зарядному генератору. Когда ток будет идти в противоположном направлении, внутри аккумулято­ра будет происходить другой химический процесс, связан­ный уже C поглощением, а не с выделением энергии (в этом случае мы имеем явление, подобное разложению воды на ее составные части).

На основании всего сказанного можно ответить на во­прос, что значит аккумулятор разрядился?

Это значит, что энергия, запасенная В Нем В Форме определенных химических соединений, в значительной ме­ре израсходовалась.

При зарядке аккумуляторов, напротив, происходят хи­мические процессы (образование определенных соедине­ний), поглощающие энергию, которая потом может быть получена обратно (при распаде образовавшихся соедине­ний). Однако и в этом случае энергия, полученная при за­рядке аккумулятора, будет неминуемо больше той, кото­рую аккумулятор отдает, работая генератором; при заряд­ке аккумуляторов заметная часть энергии расходуется не­производительно.

Гальванические элементы. Гальванические элементы пли гальванические батареи (т. е. ряд последовательно или параллельно соединенных элементов) отличаются от акку­муляторов тем, что израсходованная ими энергия не мо­жет быть снова сообщена им посредством пропускания че­рез них тока в обратном направлении. После того как энергия гальванических элементов израсходована, после их <∙^cropaHHH>>, они уже приходят в негодность.

Обозначение электрохимических генераторов. Гальвани­ческие элементы и аккумуляторы обозначаются на элек­трических схемах, как это показано на рис. 2-35.

2-17. НАПРАВЛЕНИЕ ТОКА И ВЫПРЯМЛЯЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Исключительно широкое применение на практике полу­чили устройства, имеющие нелинейную характеристику (§ 2-10), облада’ющие такой особенностью: они хорошо проводят TOK в одном направлении и плохо проводят ток в другом направлении.

Рис. 2-31. На рисунке изображен рубильник, служащий для пере­мены направления тока у потребителя.

Проследите внимательно за направлением тока при левом и правом положениях рубильника.

Знаками — j — и — показаны концы проводов, идущих от генератора. Знаками / и 2 Обозначены провода, идущие к потребителю. При левом положении рубильника ток от плюса (-}-) идет по ближнему концу рубильника и по черному’ проводу к проводу, Обозначенному цифрой 2.

Пройдя по внешней части цепи, ток возвращается через проводу, проходит через полосатый провод и по дальнему ножу рубильника возвращается к за­жиму (—).

При правом положении рубильника направление тока во внешней Цепи изменится (проверьте это самостоятельно).

Электрическую характеристику таких устройств можно получить по ранее применявшейся схеме (рис. 2-22), допол­ненной рубильником, предназначенным для перемены на­правления тока; в зависимости от положения рубильника (рис. 2-31), соединяющего генератор постоянного тока C внешней цепью, ток во внешней цепи должен изменять направление.

На рис. 2-32 показана схема для измерений, а на оис. 2-33 представлена диаграмма, построенная на осно­вании опытных данных.

источник t г
регулируй- 
мого напри ~ 
и<енил • l

,рис. 2-32. схема для определения зависимости тока от напряжения в меднозакисном выпрямителе.
цепь присоединяется к источнику, напряжение которого можно легко регулировать. перекидной рубильник предназначен для изменения направления тока и напряжения во внешней части цепи.

рис. 2-33. электрическая харак-теристика меднозакисного выпря-мителя.Обратим внимание на то, что при одном направлении включения генератора напряжению 1 В соответствует ток 3,5 А, а при другом направлении такому же напряжению (1 β) соответствует ток, меньший 0,05 А.

В последнем случае ток протекает в противополож­ном направлении.

Пример. Подсчитайте сопро­тивление меднозакисного выпря­мителя при разных направлениях тока и при напряжении 1 в.

Из приведенных цнфровы. х данных находим, что для одного направления (проводящего или, точнее, хорошо проводящего) сопротивление

И 1 8

»ι — I 3,5 °∙*’∙

Для другого направления (непроводящего или, точнее, плохо проводящего) сопротивле­ние больше, чем

20 ом.
0,05 а'

по горизонтальной оси вправо отложены значения тока для одного напоав- ления (каждое деление соответствует 1 а). по той же оси влево отложены значения тока противоположного направления (каждое деление теперь со-ответствует 0,05 а). по вертикальной оси отложено напряжение вверх при одном положении рубильника, вниз — при другом положении одно деление в вертикальной оси соогве i ствует 0,25 в.Рассмотренный пример элемента цепи, чувствитель­ного к направлению тока,

Лишний раз показывает важность в определении направ Ленин тока и в правильном определении зажимов + и —- источника.

Выпрямляющее действие. Практическое назначение та ких устройств, как рассмотренный меднозакисный элемент, заключается в возможности выпрямления переменного то­ка: ток, посылаемый генераторо. м в одном направлении, пропускается, а ток, посылаемый в другом направлении, задерживается.

Подобные выпрямители применяются для зарядки ак­кумуляторов от сети переменного тока и для многих дру­гих технических устройств.

2-18. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ

Пусть две ветви включены параллельно, как это пока­зано на рис. 2-34. Ток в каждой из них можно, найти по закону Ома, если известны их сопротивления и напряже-

Рис. 2-34. Два парал­лельно включенных со­

Противления.

В нераэветвленном участке цепи протекает ток, раВ1ый сумме токов о параллельных

Ние, к которому они приключены. Что же касается общего тока, т. е. тока в нераэветвленном участке цепи, то он ра­вен сумме токов.

напряжение
напряжение

общий тойЗначит, общий ток можно вычислить так;

Первое сопротивление * второе сопротиаление

Или, пользуясь буквенными обозначениями;

Обращаем внимание на то, что напряжение U для обе­их ветвей (при параллельном соединении) одинаково.

Подобным же способом можно вычислить общий ток и в том случае, когда имеется не две, а три и большее число параллельных ветвей.

Пример I. Две параллельные ветви с сопротивлениями Γι=20 Ом И Γ2≈5O OM присоединены к напряжению 300 В. Найти общий ток (юк в нераэветвленном участке цепи).

Решение. Общий ток

и 300 в , 300 8,20 om 50 ол
■15 а + б α = 21 а.
г,

В тех случаях, когда имеется несколько параллельных ветвей и когда нужно найти общий ток, удобно пользо­ваться понятием проводимости.

Проводимостью называют величину, обратную сопротивлению:

Проводимость=——— !——- .

Сопротивление

Проводимость обычно обозначается латинской буквой G I

Ё==~.

Единицей проводимости служит величина, обратная ому; ее обозначают l∕oΛi.

Если сопротивление какого-нибудь участка цепи равно 100 Ом, то его проводимость равна 0,01 1/ол; если сопро­тивление равно ’/г Ом, то проводимость равна:

om’ :2 ’

Из сказанного видно, что вместо деления напряжения на сопротивление можно умножить его на проводимость.

Поэтому

Ток = напряжение Хпроводимость.

В случае дву. х параллельных ветвей мы можем теперь так выразить общий ток:

Ток = напряжениеХпроводимость первой ветви+\ +напряжение×NpoβoUMθcτb второй ветви.

Но тот же результат мы получим, если умножим напря­жение (одинаковое для обеих ветвей) на сумму проводи­мостей:

Ток = напряжение X (проводимость первой + про — водимость второй ветви).

Все сказанное о двух ветвях относится и к случаю больщего числа параллельных ветвей:

Общий ток равен приложенному напряжению, умноженному на сумму проводимостей всех па- рал. тельных ветвей.

Отсюда мы заключаем, что

Общая проводимость ряда параллельных ветвей равна сумме проводимостей этих ветвей.

Замена параллельных ветвей одной с равноценным со­противлением. Если мы захотим все параллельные ветви за­менить одной ветвью с таким сопротивлением, чтобы ток в неразветвленной части цепи не изменился, нам нужно это сопротивление сделать равным единице, деленной на сумму проводимостей всех параллельных ветвей.

Это сопротивление называется сопротивлением, равноцен­ным (общим, эквивалентным) сопротивлению параллельны ветвей.

В случае параллельного соединения

Равноценное сопротивление—————— .

Сумма проводимостей.

Пример 2. Реши. ч, пользуясь понятием проводимости, задачу, поставленную в предыдущем примере. Две параллельные ветви C сопротивлениями =. 20 Ом и fj=50 Ом присоединены к напря­жению 300 8. Найти общий ток.

Решение. Вычисляем проводимости: проводимость первой ветви

 20 qm
i 1
гг 50 ол

,1,0,02 ∖jθm.,0,05 1/ом;
проводимость второй
⅛2 =

Общая проводимость (сумма проводимостей)

& — В.\Л — = 0,02 = 0,07 1 ]ом.

Общий ток равен напряжению, умноженному на Сумму прово­Димостей:

∕ = C∕(g, 4-^2)= 300β∙0,07 1∕OΛ = 21 А.

Как и следовало ожидать, мы получили прежний ответ. Пример 3. К напряжению 240 в параллельно включены две

Ветви C сопротивлениями г, = 60 Ом и Tj=^O Ом.

Найти равноценное им сопротивление и вычислить общий ток. Решение. Находим сумму проводимостей, приводя слагаемые

К общему знаменателю

1.1 40 + 60 100

г, гг 6040 60-402 400*’^°’**∙

Равноценное сопротивление г сумма проводимостей

Значит, равноценное сопротизлеиие

1 24 ом._2 400

‘■ "" 100 100 "

2 400

Общий ток ранен напряжению, деленному на рйвноценное со­противление:

υ 240 8

^=T^~2re = lθ≈∙

Ответ нами найден. Проверим его следующим образом: ток в первой ветви

240 8

60 om
240 в
,— о а.
ток во второй ветви

Их сумма действительно равна найденному выше общему току / — IOa =/, +∕j=4α + 6 А.

Общее (равноценное) сопротивление ряда параллель­ных ветвей всегда должно быть меньше сопротивления каждой из этих ветвей. Действительно, ведь подключая новую ветвь, мы создаем новый путь току, мы увеличи­ваем проводимость, а сопротивление и проводимость — это величины взаимно обратные.

Отметим два важных частных случая. Если параллель­но соединены несколько ветвей с одинаковыми сопротив­лениями, то эквивалентное сопротивление такой цепи мож­но найти, разделив сопротивление одной ветви на число ветвей. Так, например, при параллельном соединении восьми ламп по 100 Ом, сопротивление, равноценное вось­ми лампам, равно:

-=12,5 ом.100

Общее сопротивление двух параллельных ветвей.

Если параллельно соединены две (но не больше) ветви C различными сопротивлениями, то равноценное им со­противление (общее сопротивление) равно произведению этих двух сопротивлений, деленному на их сумму;

О + »»

Пользуясь этой формулой, мы могли бы сразу опре­делить величину равноценного сопротивления в при­мере 3:

=24 ом.

40 + 60

40-60

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *