Мы установили, что электрические машины дают переменный электрический ток, т.-е. такой ток, который все время изменяется по величине и течет то в одном, то в другом направлении. Графическое изображение такого переменного тока приведено на рис. 1.
То время, в течение которого переменный ток пройдет через все промежуточные состояния (фазы) и вновь вернется в начальное положение, называется периодом этого переменного тока. На нашем графике один период соответствует расстоянию между О1 и О3 или между М1 и М3 Половина этого времени, т.-е. расстояние от О1 до О2, от О2 до О3, или от М1 до М2 называется полупериодом переменного тока. Число, которое показывает, сколько периодов переменного тока приходится на одну секунду, называется частотой этого переменного тока. Например, переменные токи, применяемые в электротехнике, имеют обычно период в 1/50 секунды и, значит, частоту в 50 колебаний в секунду. Те наибольшие значения (М1, М2, М3), которых достигает переменный ток, называются амплитудой этого тока.
Переменный ток производит те же действия, как и ток постоянный. Он также нагревает проводник, как и ток постоянный, и также, как и постоянный ток, создает вокруг себя магнитное поле. Однако, направление и сила магнитного поля, создаваемого током, зависят от направления и силы этого тока. Значит, переменный ток создает вокруг себя не постоянное магнитное поле, а такое магнитное поле, величина и направление которого все время изменяются, то-есть переменное магнитное поле, при чем период и характер изменений этого поля в точности совпадает с периодом и характером изменений электрического тока, это поле создающего.
Измерения переменного электрического тока также можно производить, пользуясь тем, что этот ток производит определенные действия. Например, можно производить эти измерения, пользуясь тем, что ток нагревает проводник, по которому он течет. В отношении нагревания проводника результат действий переменного и постоянного тока будет один и тот же. Значит, те тепловые приборы, при помощи которых производятся измерения с постоянным током, вполне пригодны и для измерения переменных токов. Но не все приборы, пригодные для измерения постоянного тока, могут быть применены для измерения переменных токов. Например, построенный нами мультипликатор для измерения переменных токов не пригоден, и вот почему. В течение одного периода направление магнитного поля, создаваемого переменным током, изменяется. Сначала — в течение одного полупериода — поле будет иметь одно направление и будет стремиться повернуть стрелку в одну сторону. Во время второго полупериода, поле будет иметь обратное направление и будет стремиться повернуть стрелку в другую сторону. Значит, ток с периодом в 1/50 секунды (токи с периодом больше 1/50 секунды, то-есть более медленные, редко применяются в электротехнике) будет в течение 1/100 секунды поворачивать стрелку мультипликатора в одну сторону, а в течение следующей 1/100 секунды — в другую сторону. Ясно, что стрелка мультипликатора не может двигаться так быстро, чтобы успевать следовать за этими быстрыми толчками то в ту, то в другую сторону. В результате этих толчков она вовсе не отклонится, и, значит, мультипликатор вообще ничего не покажет. По той же причине не только мультипликатор, но и все другие измерительные приборы, в которых применяются постоянные магниты, не пригодны для измерения переменных токов,
Мы уже говорили о том, что при помощи коллектора переменный ток, даваемый электрической машиной, можно в самой же машине превратить в пульсирующий ток постоянного направления. Но в большинстве случаев машины дают все-таки переменный ток; если же для какой-либо цели нужен ток постоянного направления, то его приходится выпрямлять уже не в самой машине, а при помощи специальных приборов, так называемых выпрямителей. Мы не будем здесь подробно останавливаться на устройстве выпрямителей (описания различных выпрямителей очень часто помещаются в журнале «Радио Всем») и ограничимся только описанием принципа действия выпрямителя.
Всякий выпрямитель представляет собой клапан, который пропускает ток в одну сторону и совершенно не пропускает его (или пропускает, но очень мало) в другую сторону. Ясно, что получится с переменным током, если мы пропустим его через такой выпрямитель. Пусть, например, наш выпрямитель включен так, что он пропускает токи, направление которых мы считаем положительным (вверх от оси на рис. 1) и не пропускает токов обратного направления, которые мы считаем отрицательными (вниз по оси на рис. 1). Тогда наш выпрямитель пропустит ток только в те полупериоды, когда этот ток направлен вверх от оси, и не пропустит его в те периоды, когда он направлен вниз от оси. В результате, вместо кривой переменного тока (рис. 1), мы получим кривую пульсирующего, выпрямленного тока (рис. 2). Этот ток хотя и изменяет свою величину, но паптравлен всегда в одну и ту же сторону.
Если мы включим наш мультипликатор в цепь, по которой течет такой пульсирующий ток, то стрелка мультипликатора будет испытывать попрежнему отдельные короткие толчки (магнитное поле созданное этим током, также будет пульсирующее), но эти толчки будут направлены не в противоположные стороны, как в случае переменного тока, а все в одну сторону, так как все пульсации магнитного поля будут направлены также в одну сторону. Под действием этих толчков, хотя (и коротких, но направленных всегда в одну и ту же сторону, стрелка мультипликатора отклонится. Таким образом, при помощи выпрямителя и мультипликатора можно обнаруживать присутствие переменного тока.
Мы будем пользоваться в дальнейшем этим способом обнаружения переменных токов и в качестве выпрямителя будем применять обычный кристаллический детектор. Правда, кристаллический детектор не является вполне совершенным выпрямителем — он пропускает ток в обоих направлениях, но в одном направлении гораздо больше, чем в другом. Для наших целей этого неполного выпрямляющего действия детектора будет вполне достаточно, так как стрелка мультипликатора хотя и будет получать толчки в обе стороны, но эти толчки будут неодинаковой силы — в одну сторону сильнее, а в другую слабее. В результате этих толчков неодинаковой силы стрелка мультипликатора отклонится в ту сторону, в которую толчки сильнее.
Таким образом, в нашем распоряжении есть средство для обнаружения переменных электрических токов. Правда, этим стособом мы не сможем точно измерить силу переменного тока, но обнаружить его присутствие всегда сможем безошибочно.