инж. А. БОЛТУНОВ.
Последовательным соединением называется такое, когда входящие в него сопротивления соединены в ряд, т. е. начало одного сопротивления соединяется с концом другого и т. д. Если мы соединим последовательно несколько проводников и включим в цепь источник тока, то по всем проводникам будет проходить ток одной и той же силы.
На фиг. 4 схематически представлена цепь, содержащая сопротивление и нить накала катодной лампы Н, соединенные последовательно с батареей B.
Электрический ток в подобной замкнутой цепи можно сравнить с течением жидкости по трубе, которое поддерживается посредством насоса Р (фиг. 5). Действительно, если труба и насос совершенно заполнены водой, то последняя действием насоса будет беспрерывно прогоняться от одного конца до другого, при чем одинаковое количество жидкости будет проходить как через точку А, так и через точку В.
Так как сопротивление проводника тем больше, чем он длиннее, то понятно, что при последовательном соединении проводников общее сопротивление цепи возрастает, и оно будет равняться сумме сопротивлений проводников, соединенных последовательно.
Следует обратить внимание еще на одно явление, происходящее в цепи, обладающей рядом последовательно соединенных сопротивлений, а именно вдоль такой цепи напряжение падает, причем сумма падений напряжений во всех частях внешней цепи будет равняться напряжению на зажимах источника тока.
Из символического выражения закона Ома
Обозначив падение напряжения в сопротивлении r через e2, получим, что оно равняется Jr. Тогда общее падение напряжения в цепи может быть выражено суммой падений напряжений в нити и в сопротвлении или E = e1 + e2 = Jr + JR, т. е. напряжению на зажимах источника тока.
Рассматривая выражения для падения напряжения в нити накала e1 = JR и в сопротивлении e2 = Jr, можно видеть, что сила тока J в обоих случаях одна и та же, откуда следует, что падение вольтажа пропорционально только сопротивлению, т. е. если величина сопротивления r велика сравнительно с сопротивлением нити Н, то и падение вольтажа в сопротивлении r будет больше, чем в нити накала. Таким образом, если величина сопротивления r будет 10 омов, а нити накала катодной лампы (в нагретом состоянии) 5 омов, то падение вольтажа в сопротивлении r будет вдвое больше, чем в нити накала. Это важное обстоятельство необходимо запомнить.
В цепь нити накала лампы обыкновенно вводят переменное сопротивление, называемое реостатом.
Весьма простую форму такого сопротивления представляет собою реостат со скользящим контактом, представленный на фиг. 6. Из нее видно, что реостат представляет проволоку с довольно большим сопротивлением, намотанную на хорошо изолирующем цилиндре (например, фарфоровом). Оба конца ее соединены с двумя зажимами, из которых один хорошо изолирован от металлической рамы реостата, а другой соединен с нею проводящим образом. По обмотке цилиндра перемещается латунная пружина, соединенная проводником с латунным стержнем, служащим для ее передвижения. Этот стержень находится в хорошо проводящем соединении с металлической рамой и со вторым зажимом. Сопротивление толстого латунного стержня весьма мало сравнительно с сопротивлением обмотки. Поэтому между обоими зажимами существенную роль играет лишь сопротивление части проволочной обмотки, заключенной между первым зажимом и передвижным контактом. Чем большее количество оборотов проволоки мы введем, тем больше будет сопротивление.
С описанным реостатом весьма сходен по устройству реостат с вращающейся рукояткой, изображенный на фиг. 7.
Очень часто на практике для различных целей применяются также постоянные сопротивления в виде патронов, сопротивление которых бывает 80.000 омов и более. На фиг. 8 представлен такой патрон изготовления английской фирмы Дюбилье; однако, подобные сопротивления очень просто делать и самому.
Последовательное включение реостата в цепь нити накала видно на Фиг. 9, где Н — нить накала, r — реостат, C — подвижной контакт и Б — батарея элементов.
Передвигая контакт С, можно изменять протекающий по цепи ток, а именно, двигая вправо, вводить большее сопротивление и, следовательно, уменьшать протекающий ток.
Пример. Какое сопротивление r следует включить последовательно с нитью накала катодной лампы, если желательно от 4 вольтовой батареи получить в цепи ток — 0,45 А? Падение вольтажа в нити накала — 2,25 в. Падение напряжения в сопротивлении будет: 4 в. — 2,25 в. = 1,75 в; тогда сопротивление реостата
Таким образом, надо включить последовательно с нитью 4 ома.
Параллельным соединением проводников называется такое, когда току, текущему по одному проводу, приходится разветвляться по нескольким путям. На фиг. 10 представлено параллельное соединение сопротивлений r1 и r2; напряжение у концов каждого из них будет одинаково, а величины проходящих по ним токов будут зависеть от величины сопротивлений.
Если сопротивление r1 будет в два раза больше, чем r2 то через r2 пройдет ток в два раза больший, чем через r1. Таким образом, если проходящий по цепи ток равен J ампер, то он при прохождении через сопротивления разделится в отношении 1 к 2 (т.е. весь ток надо разделить на 3 равные части, при чем две таких части тока пройдут через r2, и одна третья часть через r1). Общее сопротивление всего разветвления может быть найдено из выражения
которое для любого числа сопротивлений (если последние обозначить через r1, r2, r3) приобретает следующий вид:
Общее сопротивление
 |
... | (3) |
Пример. Если сопротивления имеют значения, данные на фиг. 11, то общее сопротивление будет:
Пример: Если батарея Б имеет напряжение 6 вольт, то получаемый от нее ток будет
Из этого общего тока 6 амп. будет протекать через сопротивление в 1 ом, 3 амп. через сопротивление в 2 ома и 1½ амп. через сопротивление 4 ома. Величины токов в отдельных ветвях сопротивления найдены непосредственным применением закона Ома к каждому сопротивлению в отдельности. Так, например, сила тока в сопротивлении в 1 ом
Из этого примера видно, что при параллельном соединении цепей величина общего тока батареи равна сумме величин сил токов в каждой ветви.
Таким образом, когда нити накала катодных ламп соединены параллельно, то требуемая от батареи сила тока равняется силе тока, потребляемой нитью накала одной лампы, умноженной на число нитей в цепи, при условии, что каждая нить накала потребляет одно и то же количество электричества. Если нити берут разные силы тока, то величина общего потребного тока получается путем сложения величин всех токов, идущих на отдельные нити.
Мощностью тока называется его работоспособность. Единицей электрической мощности является та мощность, которою обладает ток, равный 1 амперу при напряжении в 1 вольт. Эта единица называется ватт. Таким образом, мощность в ваттах (W) определяется произведением напряжения E в вольтах на силу тока J в амперах, что позволяет написать:
 |
... | (4) |
1000 ватт называется киловаттом.
На основании изложенного, мы можем сказать, что мощность, потерянная в сопротивлении 1 ом, в последнем примере выразится произведением 6-ти ампер на 6 вольт, что составит 36 ватт.
Выражение для мощности может иметь иной вид, а именно: так как напряжение в вольтах E = JR, то, подставив его значение в уравнение (4), получим:
 |
... | (5) |
Электрическая энергия получается путем превращения других видов энергии. Приборы, в которых происходит превращение одного вида энергии в электрическую энергию, называется генераторами электричества. К числу генераторов электричества принадлежат: динамомашины, гальванические элементы и др. В динамомашине электрическая энергия получается из механической, в гальванических элементах электрический ток получается за счет происходящих в элементе химических реакций.
В радиолюбительской практике в качестве источников тока и напряжения для действия катодных ламп особое распространение получили батареи сухих элементов. Один из таких элементов представлен на фиг. 12. Отрицательным электродом элемента служит круглая или четырехугольная цинковая коробка (a), основание которой состоит из асфальта, бумажной массы и смолы; снаружи коробка покрыта картоном, пропитанным водонепроницаемым составом, и оклеена бумагой. Положительный полюс — угольный стержень (б) окружен деполяризующим веществом (в), — (вещество, поглощающее водород, выделяющийся в элементе при химических процессах; в большинстве случаев — перекись марганца и графита). Промежуток между стенками цинковой коробки и деполяризатором заполняется желатинообразной активной массой (г), состоящей из нашатыря в соединении с хлористым цинком и другими солями. В одном из углов элемента вставлена тонкая стеклянная трубочка (д) для выхода из элемента газов, которые образовываются при химических процессах, происходящих в элементе. Верх элемента содержит слой из пробковой сечки (е), предназначенный для того, чтобы давать выход газам, образующимся при работе элемента, поверх пробки элемент залит расплавленной смолистой массой (ж), образующей прочную крышку. В качестве соединительных проводников имеются выводные изолированные проводники, прикрепленные к полюсам элемента.
Электрические данные свежего элемента: электродвижущая сила в начале разрядки около 1,5 вольта, внутреннее сопротивление 0,25 ома.
Когда элемент замкнут, то вследствие происходящих в элементе химических процессов вокруг угля собирается водород; и т. к. уголь окружен деполяризатором, богатым кислородом, то последний, соединяясь с водородом, образует воду. Если от элемента брать большей силы ток, чем может быть поглощен деполяризатором выделяемый при этом водород, то вследствие очень большого электрического сопротивления водородного газа сила тока в цепи падает. Отсюда понятно, что сухие элементы достаточны только для снабжения слабым током.
