беседа 3

# - ПРИМЕЧАНИЯ.

БЕСЕДА ТРЕТЬЯ

ПРОДОЛЖАЯ ИЗУЧЕНИЕ ЯВЛЕНИЯ ИНДУКЦИИ, ЛЮБОЗНАЙКИН ПОДВЕДЕТ НЕЗНАЙКИНА К “ОТКРЫТИЮ” САМОИНДУКЦИИ, ВЛИЯНИЕК КОТОРОЙ СОЗДАЕТ ПРЕПЯТСТВИЕ ПРОХОЖДЕНИЮ ПЕРЕМЕННЫХ ТОКОВ. ЗАТЕМ, ПРИБЕГАЯ К ОЧЕНЬ ВЫРАЗИТЕЛЬНЫМ АНАЛОГИЯМ, ДВА ДРУГА ИЗУЧАТ СВОЙСТВА КОНДЕНСАТОРОВ. АНАЛИЗИРУЯ РАЗЛИЧНЫЕ ФАКТОРЫ, ОТ КОТОРЫХ ЗАВИСИТ ЕМКОСТЬ, НЕЗНАЙКИН ОЦЕНИТ “ЕМКОСТЬ” СВОЕГО СОБСТВЕННОГО ПОНИМАНИЯ.

ИНДУКЦИЯ РАВНОСИЛЬНА ПРОТИВОДЕЙСТВИЮ.

Незнайкин. - Я много думал о том, что ты рассказал об индукции. Я хорошо понял, что изменение тока в одной катушки ведет к возникновению индуктированного тока в другой. Но каковы направления и сила индуктированного тока?
Любознайки. - Индуктированный ток, надо тебе сказать обладает очень плохим ”характером”: он находится всегда в противоречии с индуктирующим током. Если последний течет, то индуцированный ток потечет в противоположном направлении (рис.3.1)

Рис 3.1 - Направление тока индукции.
А - увеличение тока в катушке I вызвывает в катушке II ток противоположного направления;
Б - уменьшение тока в катушке I вызывает в катушке II ток того же направления.

Незнайкин. - Можно ли сказать, что если в индуктирующей катушке ток течет в направлении часовой стрелки, то в индуктированной ток потечет в противоположном направлении?

Любознайки. - Точно! А когда индуктирующий ток уменьшится, индуктированный ток идет в том же направлении, стараясь воспрепятствовать уменьшению первого.
Незнайкин. - Это как собака моего дядюшки.
Любознайки. - Еще одна выдумка!
Незнайкин. - Совсем нет. Собака, о которой пойдет речь, упряма, как осел… Каждое утро, когда мой дядюшка занимается гимнастикой, он бегает вокруг сада со своей собакой, держа ее на поводке. Вначале, когда он ускоряет бег, собака тянет его назад и сдерживает движение. Затем, когда он, устав, хочет замедлить свой бег, животное заставляет его ставить рекорды.
Любознайки. Мне кажется, эту историю ты только что выдумал. Тем не менее, она доказывает, что ты понял явление индукции. Ты мог бы так же добавить, что чем быстрее твой дядюшка ускорял или замедлял бег, тем сильнее была реакция его собаки, т.к величина индуктированного тока пропорциональна скорости изменения индуктирующего Тока, а также его величине.

Незнайкин. - Может быть, это и глупо то, что я скажу, но мне кажется, что если одна катушка индуктирует ток в витках другой, более или менее удаленной, то тем более она должна индуктировать ток в своих собственных витках.
Любознайки. - Мой дорогой Незнайкин, ты только что заново открыл явление самоиндукции. Поздравляю! Действительно, индуктированный ток появляется также и в той катушке, по которой течет индуктированный ток. В этой катушке индуктированный ток сосуществует с индуктирующим и противодействует его изменениям в силу своего “духа противоречия”

Незнайкин. - Это совсем как в “психологических” романах, в которых ”внутренний голос” постоянно противопоставляет свои доводы сентиментальным движениям героя.
Любознайки. - Лучше бы ты прочел хорошую книжку по электричеству. Ты бы увидел, что самоиндукцию лучше сравнить с механической инерцией. Так же, как инерция всегда противодействует началу движения какого-либо тела и стремится удержать его в этом состоянии движения,

так и самоиндукция противодействует появлению тока в обмотке (возрастающий ток вызывает индуктированный ток противоположного направления) и стремится поддерживать существующий ток, когда он начинает уменьшаться (ток, который уменьшается, индуктирует ток того же направления).

Незнайкин. - Так значит переменный ток, постоянно меняющий свою величину и направление, испытывает затруднения при прохождении через катушку?
Любознайки. - Конечно, так как самоиндукция противодействует его изменениям (рис.3.2) Сопротивление, которое появляется в результате явления самоиндукции, называется индуктивным сопротивлением. Не надо его путать с простым активным сопротивлением проводника. Индуктивное сопротивление зависит от коэффициента самоиндукции катушки, т.е. от индуктивного действия каждого витка на другие, а также от частоты тока.

Рис 3.2 - Иллюстрация процесса индукции.
a) - переменный ток. b)- кривая индуктированного тока.
1.-индуктирующий ток увеличивается очень быстро, индуктированный ток имеет противоположное направление.
2.- индуктирующий ток не меняется в течение короткого промежутка времени, индуктированный ток равен нулю.
3. - индуктирующий ток уменьшается, индуктированный ток течет в том же направление.
4. - индуктирующий ток не меняется в течение короткого промежутка времени, индуктированный ток равен нулю.
5. и 6. то же, что 1. и 2.

Незнайкин. - Почему же?
Любознайки. - Ведь это очень просто! Чем больше частота, тем изменения тока происходят быстрее, следовательно, тем сильнее и индуктированные токи, которые противодействуют этим изменениям.
Незнайкин. - Таким образом, для высоких частот индуктивное сопротивление катушки больше, чем для низких частот? Это нужно знать, т.к. я вижу, что чем дальше, тем сложнее?
Любознайки. - Однако я еще ничего не говорил о конденсаторах.

ПОГОВОРИМ НЕМНОГО О КОНДЕНСАТОРАХ.

Незнайкин. - Я очень хорошо знаю, что это такое. Я их видел в радиоприемниках. Можно сказать, что это прибор с круглыми пластинками, одни из которых могут вращаться, а другие остаются неподвижными.

Любознайки. - – Да. Это конденсаторы переменной емкости. Имеются также конденсаторы постоянной емкости, пластины которых всегда неподвижны, так что их емкость постоянна.

Незнайкин. - Емкость? Вероятно еще один термин, который надо понять и выучить?
Любознайки. -Знаешь, дружище, конденсатор – вещь очень простая. Это система из двух взаимно изолированных электродов, к которым прикладывается некоторое напряжение.
Незнайкин. -Я не знаю, почему два изолированных друг от друга электрода заслуживают наименования конденсатора
Любознайки. -– Конденсатор можно сравнить с двумя резервуарами, разделенными эластичной резиновой мембраной (рис.3.8). Насос, действующий в течение короткого промежутка времени, создает между этими резервуарами разность в давлении.

Рис 3.8 - Два резервуара, разделенные эластичной перегородкой,похожи на электрический конденсатор. Насос, создающий разность давлений, аналогичен электрическому элементу, который создает разность потенциалов.

Незнайкин. Я догадываюсь, к чему ты ведешь. Насос – это гальванический элемент. Резервуары 1 и 2 представляют собой две пластины конденсатора, а разность давлений соответствует разности потенциалов.

Любознайки. - Ты догадался. Только, как и все аналогии, моя тоже годится до определенного момента. Действительно, если речь идет о резервуарах, наполненных воздухом, то в резервуаре 2 будет больше молекул, равномерно распределенных во всем объеме, а в резервуаре 1 их будет значительно меньше. Незнайкин. -Мне кажется, что электроны тоже распределятся таким же образом.
Любознайки. -Ты ошибаешься. Так как атомы пластины 1 положительны (недостаток электронов), они притянут через тонкую перегородку, которая их разделяет электроны с пластины 2 таким образом, что последние соберутся в той части пластины 2 , которая обращена к пластине 1. Такое уплотнение электронов и позволит накопить в пластинах конденсатора электрические заряды. Более значительные, чем те, которые получились бы без этого притяжения электронов положительными атомами.
Незнайкин. - Значит, если я хорошо понял, основным свойством конденсатора является накопление электрических зарядов на его пластинах.
Любознайки. - Да. Это свойство называется емкостью конденсатора. Как ты думаешь, от чего зависит его величина.
Незнайкин. - Я думаю, что емкость зависит от толщены мембраны. Чем она тоньше, тем больше она может изогнутся и следовательно, оставить больше места для молекул газа в резервуаре 2.
Любознайки. -Правильно. Применительно к конденсатору мы скажем, что его емкость обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Но возвратимся к нашим резервуарам; как ты думаешь, зависит ли емкость также от природы эластичной мембраны?

Незнайкин. - Конечно. Гибкость резиновой мембраны, например, больше жестяной.

Любознайки. -Следовательно, емкость конденсатора зависит также от природы диэлектрика, разделяющего пластины. Числовой коэффициент, который характеризует способность диэлектрика увеличивать емкостью, называется его диэлектрической проницаемостью. Для воздуха она равна 1, а для слюды – 8. Таким образом, если в конденсаторе с воздушным диэлектриком емкостью 10 пикофарад поместить между пластинами листок слюды, то емкость увеличится до 80 пикофарад.
Незнайкин. -Разве можно рассматривать проводник, через который проходит ток, как магнит?
Любознайки. - Единицей измерения емкости является фарада (ф). Однако практически это очень большая емкость. Поэтому пользуются ее производными: микрофарадой(мкф), составляющей миллионную долю фарады, или пикофарадой (пф), составляющей миллионную долю микрофарады. #

Незнайкин. -Эта система единиц дьявольски сложна. Однако вернемся к тому, от чего зависит емкость. Мне кажется, что она еще зависит от площади мембранные: чем она больше, тем больше сфера действия ее положительных атомов на электроны. # #
Любознайки. - Действительно, емкость пропорциональна площади пластин.
Незнайкин. - Словом, чтобы увеличить емкость конденсатора, можно или увеличить площадь пластин, или приблизить их друг к другу. Таким образом, даже при очень маленьких пластинах можно, я думаю, получить большую емкость, если сильно сблизить их.
Любознайки. - Это очень опасно! Если слишком уменьшать толщину мембраны, то наступит момент, когда вследствие давления она лопнет. Между двумя сильно сближенными пластинами напряжение вызовет появление искры. Электроны при слишком сильном притяжении могут пробить диэлектрик.
Незнайкин. -Словом, плохой конденсатор может явиться хорошей ”электрической зажигалкой”

# - Для измерения емкости раньше пользовались другой единицей, называемой сантиметром (см), которая однако, не имеет ничего общего с единицей измерения длины того же названия (1пф=0,9см).

# # - емкость конденсатора (в пикофарадах)
C=0.0885Es/a ,
где E - диэлектрическая проницаемость;
s - площадь одной пластины, см2;
а – расстояние между пластинами, см.