Н. Иснев
Пора приниматься за катодную лампу. Для того, чтобы уметь с ней обращаться и чтобы понять ее действие, нам необходимо получить некоторые предварительные сведения. Для питания катодных ламп пользуются электрическими элементами или аккумуляторами.
Электрический элемент является одним из самых простых источников постоянного тока. На рис. 1 (слева) изображен простейший элемент: две пластинки цинковая (a) и медная (b) погружены в сосуд, наполненный разбавленной серной кислотой.
Рис. 1.Слева — электрический элемент.
Справа — амперметр измеряет ток в цепи элемента.
Внизу — схемы того же
Благодаря химическим явлениям, которые происходят в таком элементе, в нем развивается особая электродвижущая сила, которая поддерживает в цинковой пластинке (a) некоторый избыток электронов, а в медной — некоторый недостаток Поэтому цинковая пластинка называется отрицательным полюсом элемента, а медная — положительным полюсом. Внизу, слева на рис. 1 показано, как условно изображается элемент на схематических чертежах: толстая, короткая черта обозначает отрицательный полюс элемента, а тонкая и длинная — положительный полюс.
Если присоединим к полюсам концы проволоки, то в ней возникнет электрический ток: гонимые электродвижущей силой электроны потекут по проволоке от отрицательного полюса (a) к положительному (b). Но электродвижущая сила элемента непрерывно перекачивает электроны, пришедшие по проводу к плюсу (b) через жидкость, обратно к полюсу (a). Поэтому движение тока будет непрерывным: электроны совершают круговорот, от (a) по проводу к (b), а отсюда через жидкость обратно к (a1)).
Движение электронов по проводу во многом напоминает собою течение воды по трубе. Много ли воды может пропустить через себя такая труба, или другими словами: от чего зависит количество воды, которое за одну секунду протекает через сечение такой трубы? Ясно, что это зависит: во первых, оттого напора (силы), который гонит воду, во вторых, — от самой трубы: так, например, через узкую или засоренную трубу будет протекать меньшее количество воды, чем через широкую.
Подобный же вопрос можно задать и относительно эл. тока: много ли электронов будет за каждую секунду протекать через сечение провода? Как и в случае воды, это зависит от двух причин:
Во-первых: от электродвижущей силы элемента, которая приложена к концам провода (или, как иначе говорят, от напряжения или разности потенциалов), приложенной к проводу2): чем она больше — тем больше электронов будет она перегонять каждую секунду.
Во-вторых, от самого провода, от его сопротивления. Разные провода оказывают различное сопротивление прохождению электр. тока. При одном и том же элементе через толстый провод потечет больше электронов, чем через тонкий, потому что сопротивление последнего больше первого. С увеличением длины провода увеличивается и его сопротивление. Сопротивление провода зависит от его материала. Наилучшим проводником является серебро и медь.
Количество электронов, которое в 1 секунду протекает через поперечное сечение провода, называется, как мы уже знаем, силой тока. Итак, сила тока, текущего по проводу, зависит от 1) приложенного к проводу напряжения (электродвиж. силы) и 2) от сопротивления провода.
Существуют приборы — амперметры, при помощи которых можно измерить силу тока в проводе. Подобно тому, как длина измеряется в метрах или аршинах, вес измеряется в фунтах или килограммах, так и сила тока измеряется в соответствующих единицах — в амперах. Если через сечение проводника каждую секунду протекает 6 миллиардов миллиардов (т. е. шесть с восемнадцатью нулями) электронов, то говорят, что сила тока в проводе равна 1 амперу.
Путь, по которому движется электрический ток, называется цепью электрического тока. Рис 1 (справа) изображает цепь, состоящую из элемента, эл. лампочки R и амперметра А. Электродвижущая сила элемента гонит ток, который от отрицательного полюса a проходит через тонкую нить лампочки R, отсюда через амперметр к положительному полюсу (b) . При протекании тока через амперметр, его стрелка отклоняется и останавливается на некоторой цифре, которая и указывает нам, какой силы ток проходит по нашей цепи.
Рис. 2. Последовательное включение двух сопротивлений
Оборвем где-нибудь провода нашей цепи (разомкнем цепь); увидим при этом, что стрелка амперметра вернется в свое нормальное положение: ток в цепи нашей прекратился. Итак, постоянный ток может существововать только в замкнутой цепи.
Обратимся теперь к рис. 2a. Здесь в цепь элемента включены 2 лампы R1 и R2 последовательно (одна за другой). Если бы мы такую цепь составили, мы увидели бы, что стрелка амперметра отклонилась слабее, чем в случае рис. 1; амперметр показал бы, что при двух последовательно включенных лампах ток в цепи слабее, чем в случае рис. 1. Об'ясняется это тем, что нить каждой лампы обладает некоторым сопротивлением; две одинаковые лампы, соединенные последовательно, оказывают сопротивление прохождению тока вдвое большее, чем одна лампа. А мы знаем, что с увеличением сопротивления уменьшается сила тока.
Рис. 3. Параллельноее включение двух сопротивлений
На рис. 3 мы имеем в цепи 2 лампы R1 и R2, соединенные параллельно друг другу. В отличие от предыдущего случая, где тот же ток последовательно протекал через нити обоих ламп, — здесь ток, идущий от отрицательного полюса по соединительному проводнику ac, разветвляется в точке c; дальше он идет 2-я "ручьями", из которых один проходит по верхней ветви через лампу R1 и амперметр А1; а другой через лампу R2; в точке d оба "ручья" опять сливаются и через амперметр возвращаются к положительному полюсу. Амперметр А1 измеряет ток, проходящий через лампу R1, а амперметр А2 — общий ток, даваемый элементом, равный сумме токов обоих ветвей. Каждая из ламп берет от элемента такой же ток, как и в случае рис.1. (если только напряжение элемента и сопротивление каждой лампы взяты такими же, как в указанном случае), поэтому общий ток (показание амперметра А2), даваемый элементом, вдвое больше, чем в случае рис. 1.
При параллельном соединении нескольких сопротивлений общее сопротивление цепи уменьшается и следовательно ток увеличивается.
На схематических чертежах сопротивление изображается зигзагообразной линией (см. схемы на рис. 1, 2, 3.).
Хотя соединительные провода и амперметры обладают тоже некоторым сопротивлением, но в наших случаях оно настолько мало, что мы считаем все сопротивление цепи присоединенной к элементу, сосредоточенным в R. Сопротивление измеряется в особых единицах — омах.
Соединение нескольких элементов называется батареей. На рис. 4 мы имеем батарею из 3 элементов, соединенных последовательно, т.-е. так, что положительный полюс одного элемента присоединен к отрицательному полюсу следующего элемента. При таком соединении нескольких элементов их электродвижущие силы складываются и общая эл. дв. сила батареи равна их сумме. А так как с увеличением эл. дв. силы (напряжения) увеличивается сила тока в цепи, то ясно, что в случае рис. 4 через ту же лампу пойдет больший ток, чем в случае рис. 1.
Рис. 4. Батарея из трех последовательно соединенных элементов.
Вольтметр измеряет напряжение батареи
Электродвижущая сила (напряжение) измеряется в специальных единицах — в вольтах. Электродвижущая сила одного элемента обычно равна 1-2 вольтам (в зависимости от типа). Для измерения электродвижущей силы (напряжения) служит измерительный прибор, называемый вольтметром. На рис. 4. вольтметр V измеряет напряжение батареи. Обратите внимание, на то, что вольтметр включается не так, как амперметр. Последний надо "врубить" в цепь, включить его последовательно с цепью так, чтобы ток цепи проходил через него; вольтметр же присоединяется параллельно к той цепи, напряжение на концах которой желательно измерить. Присоединяя к этим концам зажимы вольтметра, мы измеряем, какое напряжение приложено к ним.
Рис. 5. Схема батареи из многих последовательно соединенных элементов.
На рис. 6 дана батарея, состоящая из 3-х элементов соединенных параллельно. При таком соединении общая электродвижущая сила батареи остается такой же, как и у одного элемента. Но такая батарея может безвредно для себя давать значительный ток.
Рис. 6. Параллельное соединение элементов
На рис. 4 и 6 (внизу) показано, как изображается схематически последов. и параллельное соединение элементов. Рис. 5 схематически изображает батарею из многих последовательно соединенных элементов.
Электрический ток, проходя через проводник, нагревает его. При данном токе больше тепла выделяется в том участке цепи, который обладает большим сопротивлением. При достаточно большой силе тока нить лампы раскаляется током до свечения, в то время, как соединительные проводники, обладающие небольшим сопротивлением, нагреваются почти незаметно.
Вопросу о том, как подсчитать сопротивление проводника, силу тока в цепи, в чем разница между эл. движущей силой и напряжением, что такое падение напряжения, — своевременно будет посвящена особая статья. Нам же пока важно вывести из сказанного некоторые заключения, необходимые для работы с катодными лампами:
1) Нельзя непосредственно (без включения промежуточного сопротивления, напр., лампы) соединять проводником между собой полюса элемента или батареи: через незначительное сопротивление такой цепи хлынет настолько большой ток, что элемент может испортиться (короткое замыкание).
2) Нельзя присоединять зажимы нити лампы к батарее, дающей большое (высокое) напряжение: слишком большое напряжение погонит через нить ток настолько сильный, что он может пережечь нить лампы.
3) Обыкновенно в приемниках для накала катодной лампы нужен ток силой примерно в 0,4-0,8 ампера. При том сопротивлении, которым обладает нить лампы, такой ток может быть получен от батареи в 4-6 вольт. Для установления нужной нам силы тока (степени накала нити) последовательно с нитью включают реостат — прибор, сопротивление которого можно изменять. Обыкновенно он состоит из голой проволоки, обладающей большим сопротивлением (напр., из манганина, никелина и др.); при помощи движка (или контактного переключателя) можно включать в цепь ту или иную часть всего провода и таким образом установить в цепи то или иное сопротивление. При включении катодной лампы, вначале устанавливают движек так, что в цепь оказывается включенной вся длина проволоки реостата (все его сопротивление). Затем передвижением движка постепенно уменьшают сопротивление цепи (выводят сопротивление реостата) до тех пор, пока постепенно увеличивающаяся при этом сила тока не достигнет такой величины при которой нить получает необходимый накал.
4) Для питания цепи анода катодной лампы (см. стр 92) необходима еще батарея напряжением примерно в 80 вольт. Случайное прикосновение зажимов нити к полюсам этой батареи может оказаться смертельным для лампы (нить перегорит). Впрочем, во избежание такой случайности, ножки у лампы расположены несимметрично, тах что лампа может быть вставлена в гнезда только в одном определенном положении, при котором невозможно прикосновение нити к батарее высокого напряжения.
5) Для питания нити накала применяют обыкновенно вместо гальванических элементов аккумуляторы.
Простейший аккумулятор состоит из двух свинцовых пластин, погруженных в разбавленную серную кислоту. В отличие от элемента, — аккумулятор требует предварительной зарядки; для того, чтобы давать ток, необходимо предварительно в течение некоторого времени пропускать через него ток от постороннего источника постоянного тока (напр., от динамо-машины). После нескольких часов работы он требует новой зарядки. Аккумуляторы дороги и неудобны, поэтому для любителя громадное преимущество представляют "темные" лампы ("микро"), при работе с которыми можно обойтись с элементами.
1) В большинстве старых учебников под "направлением" тока понимают направление, обратное движению электронов. Мы же считаем за направление тока то направление, в котором движутся электроны. Сущность дела от этого не меняется.
2) Между понятием "электродвижущая сила" и "напряжение" существует разница, в рассмотрение которой мы сейчас вдаваться не будем.
