Оглавление
ГЛАВА 1. Десять важных предупреждений.......................................3
Т-1. Очень может быть, что читателю эта книга совершенно не нужна..............................3
Т-2. В то же время есть немало людей, которым не обойтись без знакомства с электричеством, и книга поможет сделать в этом деле первые шаги............................................................................4
Т-3. Многие получат от знакомства с электричеством реальную пользу, хотя напрямую с ним не связаны..............................................4
Т-4. Кое-что об электричестве полезно знать даже тем, кто терпеть не может точные науки и совершенно не интересуется техникой......................................................................4
Т-5. Предлагаемая читателю книга, так сказать, многоэтажна, в ней, в частности, есть тематические этажи, разные по уровню сложности..............................................................5
Т-6. Читатель может в различной последовательности знакомиться с разделами книги............9
Т-7. Книга написана на нескольких разных языках, освоить их —
значит сделать самый важный шаг в изучении электричества........10
Т-8. Многое в книге излагается упрощённо, а кое-что очень упрощённо и, может быть, даже слишком упрощённо.....................13
Т-9. Автор должен предупредить, что книга имеет серьёзный недостаток, его нельзя было избежать, но в будущем, надеюсь, удастся исправить.............................................................14
Т-10. Читатель получает последнее и при этом самое важное предупреждение...................15
ГЛАВА 2. Где живёт и как действует янтарная сила.................16
Т-11. Каждый человек встречался с электричеством, но далеко не каждый решится объяснить, что это такое......................................16
Т-12. Мир, в котором мы живём, устроен намного сложней, чем кажется с первого взгляда.......17
Т-13. История человека и человечества в семи абзацах................................18
Т-14.Аюди не быстро выясняли, как что устроено в природе...................22
Т-15. На сжатой в 30 миллионов раз шкале времени открытие Америки произошло примерно 8 минут назад....................................23
Т-16. Наряду с бессчётными вопросами, на которые можно ответить детально и конкретно, есть несколько «почему?»,
допускающих пока только один ответ: «Так устроен наш мир»....25
Т-17. Электричество — одна из важнейших важностей нашего мира, одна из действующих в нём главных сил....................................27
Т-18. При своём рождении наша Вселенная получилась такой, что практически у всех атомных частиц есть масса, а у некоторых к тому же есть ещё и электрический заряд..............30
Т-19. Человек ищет помощников....................................................................31
Т-20. В природе есть несколько видов фундаментальных сил, электричество — одна из них.........31
Т-21. К электричеству нужно просто привыкнуть, как мы от рождения привыкли к гравитации...........34
Т-22. Электричество бывает двух видов, двух сортов, и придумали им такие названия: «положительное электричество» и «отрицательное электричество».....................................35
Т-23. В наэлектризованных палочках у некоторых молекул чувствуется электрический заряд....37
Т-24. В поисках элементарного, то есть самого маленького в природе, электрического заряда мы разбираем молекулу на атомы...................................................................................................39
Т-25. Несколько похвальных слов моделям и моделированию.....................40
Т-26. Планетарная модель атома — в центре массивное ядро, вокруг него вращаются электроны.......41
Т-27. Действующая модель атома водорода..................................................44
Т-28. Атомные частицы электрон и протон содержат мельчайшие порции электрических зарядов........44
Т-29. Атомы разных химических элементов различаются числом протонов в ядре...................47
Т-30. Положительный ион и отрицательный ион — атомы, у которых нарушено электрическое равновесие и каких-то зарядов (+ или -) в них больше.................................................................49
Т-31. Электрические силы могли бы работать в машинах........................51
ГЛАВА 3. Завод, где работают электроны....................................52
Т-32. Многое из того, что было и ещё будет рассказано, есть большая неправда, поскольку не упоминает о существовании квантовой механики...............................................................................52
Т-33. Электроны и ионы могут находиться в свободном состоянии и перемещаться в межатомном пространстве..................................54
Т-34. Участвующие в электрическом токе электроны и (или) ионы, могут создавать тепло и свет, а также перемещать вещество.......57
Т-35. Проводники, полупроводники, изоляторы — вещества с различным содержанием свободных электрических зарядов...........59
Т-36. Генератор и нагрузка — основные элементы электрической цепи 62
Т-37. Натёртые пластмассовая и стеклянная палочки в роли генератора, металлический проводник — в роли нагрузки................63
Т-38. Наряду с веществом существует и такой вид материи, как поле 65
Т-39. Тот, кто хочет чувствовать себя свободно в электрическом королевстве, непременно должен научиться дополнять открывшуюся ему простую картину мира........................................67
Т-40. Уже древние греки, продолжив свои опыты, могли бы создать в проводнике электрический ток — упорядоченное движение электронов...............................................................................69
Т-41. Химический генератор — первое знакомство.....................................72
Т-42. Карманный фонарик — простейшая реальная электрическая цепь................................74
ГЛАВА 4. Не нужно бояться вопроса «сколько?»..........................76
Т-43. Об электрической цепи иногда необходимо рассказывать не словами, а цифрами............76
Т-44. Единица электрического заряда — кулон (К)......................................77
Т-45. Единица силы тока — ампер (А)..........................................................79
Т-46. Встречаясь со словом «сила», нужно помнить, что оно может иметь несколько разных значений....81
Т-47. Система единиц — комплект взаимосвязанных единиц измерения, который наряду с принципиальными достоинствами позволяет упростить вычисления............................83
Т-48. Единица силы (веса) — ньютон (Н)......................................................85
Т-49. Единица работы и энергии — джоуль (Дж).........................................86
Т-50. Единица мощности — ватт (Вт)........................................................89
Т-51. Иногда работу или энергию указывают не в джоулях, а в ватт-секундах или киловатт-часах..........91
Т-52. Единица электродвижущей силы — вольт (В)....................................91
Т-53. Единица электрического сопротивления — ом (Ом)........................93
Т-54. Единица электрического напряжения — вольт (В)............................96
Т-55. Зная основную единицу измерения, можно легко получить более мелкие и более крупные единицы.....97
ГЛАВА 5. Конституция электрической цепи.................................98
Т-56. Закон Ома — один из очень простых, понятных и в то же время очень важных законов электрической цепи...............................98
Т-57. О некотором отличии закона об охране авторских прав от закона всемирного тяготения.99
Т-58. Закон надо знать точно.......................................................................100
Т-59. Формулы — короткий и удобный способ записи влияния одних величин на другие.......................101
Т-60. Бегло взглянув на формулу, можно сразу увидеть, какая величина от какой и как зависит.........101
Т-61. Из основной формулы закона Ома можно получить две удобные расчётные формулы для вычисления э.д.с. Е и сопротивления R.................................................................................105
Т-62. Сопротивление (резистор) — деталь, основная задача которой оказывать определённое сопротивление электрическому току.....105
Т-63. В виде резисторов (сопротивлений) на схемах часто отображают самые разные приборы, аппараты и элементы цепи..........................................................................................................107
Т-64. Попытка заглянуть внутрь электрической цепи, чтобы понять обстановку на границах.................108
Т-65. Во всех участках последовательной цепи сила тока одинакова...............109
Т-66. Забыв на некоторое время об электричестве, мы берём санки и отправляемся на поиски пригодной для спуска снежной горки. ..111
Т-67. Созданные генератором избыточные заряды автоматически распределяются в последовательной цепи так, чтобы ток везде был одинаковым...............................................112
Т-68. Электродвижущая сила генератора делится между участками последовательной цепи, часть э.д.с, доставшаяся какому-нибудь из них, называется напряжением U на этом участке и измеряется в вольтах (В)..........................................................................113
Т-69. Работоспособность (в вольтах) в какой-либо точке электрической цепи или электрического поля часто называют её потенциалом......................................................................................114
Т-70. На любом участке электрической цепи действует закон Ома, по сути, такой же, как закон Ома для всей цепи.............................114
Т-71. Напряжение U на участке цепи зависит от силы тока I, который проходит по этому участку, и от его сопротивления R....................................................................................115
ГЛАВА 6. Думайте на языке электрических схем.......................116
Т-72. Условное направление тока — от «плюса» к «минусу»...................116
Т-73. Определяя силу тока, надо учитывать все движущиеся заряды.....118
Т-74. При параллельном соединении резисторов их общее сопротивление меньше наименьшего.120
Т-75. Мощность в электрической цепи — произведение тока на напряжение...............................121
Т-76. Несколько полезных грамматических правил для языка электрических схем........................125
Т-77. Несколько полезных образов для языка электрических схем. ... 126
Т-78. Последовательная цепь — делитель напряжения, параллельная — делитель тока.............129
Т-79. Особые делители — шунт и добавочное сопротивление..................130
Т-80. Чтобы увеличить нагрузку, нужно уменьшить сопротивление нагрузки.............................131
Т-81. Напряжение на выходе генератора всегда меньше, чем э.д.с, и оно падает с увеличением нагрузки...132
Т-82. Электротехника — наука о контактах..........................................134
Т-83. Вольтметр, амперметр и омметр — приборы для измерения э.д.с. (напряжения), тока и сопротивления........................................135
Т-84. Сложная электрическая цепь — система из последовательно и параллельно соединённых элементов.137
Т-85. Меняя какой-либо элемент сложной схемы, нужно понимать, как изменятся токи и напряжения на разных её участках............137
Т-86. Рассматривая сложную электрическую схему, очень важно не терять уверенности в том, что во всём в итоге можно разобраться.............................................................................................138
Т-87. Главная действующая сила недолго будет оставаться в тени........139
ГЛАВА 7. Рождённый движением.....................................................140
Т-88. С магнитными силами, так же как с гравитационными и электрическими, проще всего познакомиться в простейших опытах................................................................................................140
Т-89. Северный и южный полюсы магнита — два участка с особо сильно выраженными магнитными свойствами, но свойствами разного сорта................................................................142
Т-90. Поляризация — физическое явление, которое объясняет некоторые загадочные электрические и магнитные процессы.....143
Т-91. Магнитное поле, оказывается, можно получить, размахивая натёртой пластмассовой палочкой....147
Т-92. Магнитное поле всегда замкнуто.......................................................150
Т-93. Нехитрое изобретение превращает проводник с током в стержневой магнит с явно выраженными полюсами — северным и южным............................................................................153
Т-94. Катушка: ток последовательно проходит по нескольким виткам провода и их магнитные поля суммируются...............155
Т-95. Ферромагнитные и парамагнитные вещества в разной степени усиливают магнитное поле, диамагнитные ослабляют его.........................................................................................156
Т-96. Основные характеристики магнитного поля — напряжённость Н, магнитная индукция В и магнитный
поток Ф...................................................................................................157
Т-97. Путь, по которому замыкается магнитное поле, часто называют магнитной цепью.......161
Т-98. В электрических приборах и аппаратах часто встречаются магнитные элементы..........163
Т-99. Странное поведение ферромагнитного сердечника становится причиной некоторых неприятностей и в то же время основой для замечательных изобретений.................................166
ГЛАВА 8. Парад великих превращений...........................................170
Т-100. Всё многообразие электродвигателей, все их неисчислимые количества берут начало с открытия, сделанного примерно 200 лет назад...........................................................................170
Т-101. Правило левой руки позволяет узнать, куда движется проводник с током, помещённый в магнитное поле.....................175
Т-102. В проводнике, который движется в магнитном поле, индуцируется (наводится) электродвижущая сила.......................180
Т-103. Правило правой руки указывает направление э.д.с. и тока, которые появятся у проводника, если его двигать в магнитном поле..........................................................................183
Т-104. Чем быстрее проводник пересекает магнитное поле, тем больше э.д.с, наведённая в этом проводнике......................................184
Т-105. Чтобы увеличить наведённую э.д.с, можно свернуть проводник в катушку или (и) быстрее менять магнитное поле..................................................................................................185
Т-106. Во многих процессах решающую роль играет не само значение какой-либо величины, а скорость её изменения..............186
Т-107. Разновидность электромагнитной индукции — взаимоиндукция................................187
Т-108. Ещё одна разновидность электромагнитной индукции — самоиндукция...................188
ГЛАВА 9. Краткая экскурсия по полям.........................................190
Т-109. Индуктивность L катушки говорит о том, насколько эффективно она создаёт магнитное поле с помощью протекающего по ней тока...................................................................190
Т-110. Катушка запасает энергию в своём магнитном поле....................191
Т-111. Конденсатор запасает энергию в своём электрическом поле........193
Т-112. Электрическая ёмкость характеризует способность конденсатора, и вообще любого физического тела, накапливать электрические заряды. Единица ёмкости — фарад, Ф..............195
Т-113. Конденсатор, объединившись с резистором, может стать элементом отсчёта времени.........199
Т-114. Свободные электрические заряды, создавая ток, двигаются очень медленно, а вот электрическое и магнитное поля несутся со скоростью света...............................................202
Т-115. Проводник, пересекая магнитное поле, указывает прямой путь к созданию электрических генераторов....................................203
Т-116. Любой энергетический агрегат, в том числе электрогенератор, сам ничего не создаёт, он лишь преобразует один вид энергии в другой......................................................................207
ГЛАВА 10. Постоянное непостоянство переменного тока.....210
Т-117. Если в магнитном поле равномерно вращать проводник, то в нём наведётся переменная синусоидальная э.д.с.............................210
Т-118. График — особый рисунок, наглядно показывающий, как одна какая-либо величина зависит от другой.............................................213
Т-119. График переменной электродвижущей силы показывает, как она меняется с течением времени....217
Т-120. Под действием переменной э.д.с. в цепи идёт переменный ток, а на всех её участках действуют переменные напряжения.....................................................................................220
Т-121. Переменный ток может работать так же хорошо, как постоянный.....................221
Т-122. Приятно всё же встречать технические термины в виде слов родного языка: частота говорит о том, насколько часто повторяется полный цикл переменного тока. Единица частоты — герц, Гц..........222
Т-123. «Мгновенное значение» и «амплитуда» сообщают о работоспособности переменного тока в какой-то определённый момент..........................................................................223
Т-124. Для того чтобы оценить работоспособность переменного тока в среднем за длительное время, для него придумана характеристика «эффективное значение»..................................225
Т-125. Фазу и сдвиг фаз надо бы указывать, называя точное время, причём его принято указывать не в секундах, а в градусах..............227
Т-126. Активное сопротивление: ток и напряжение совпадают по фазе.....................................229
Т-127. Под действием переменного напряжения через катушку индуктивности идёт переменный ток....229
Т-128. Под действием переменного напряжения в цепи конденсатора идёт переменный ток.....230
Т-129. Замечательная математическая кривая синусоида была получена древними математиками как результат несложных геометрических построений.....................................231
Т-130. Родившаяся из чисто геометрических построений синусоида, как оказалось, описывает много самых разных процессов, в том числе электрических............................................233
Т-131. Скорость изменения синусоидального напряжения (э.д.с, тока) также изменяется по синусоидальному закону.............234
ГЛАВА 11. Ожидаемые неожиданности.........................................236
Т-132. Синусоидальное напряжение создаёт синусоидальный ток через конденсатор; ток опережает напряжение (или, иначе, напряжение отстаёт от тока) на 90 градусов..................................236
Т-133. Ёмкостное сопротивление Хс, как и R, измеряется в омах и говорит о том, какой будет ток при данном напряжении, однако мощности Хс не потребляет..................................................237
Т-134. Описание фазовых сдвигов нередко вызывает острую критику читателей, забывших, что такие сдвиги не просто есть, но они вполне объяснимы........................................................240
Т-135. Индуктивное сопротивление XL, как и обычное активное сопротивление R, говорит о том, какой будет ток при данном напряжении, однако, в отличие от R, мощности XL не потребляет................245
Т-136. Индуктивное сопротивление XL катушки и её активное сопротивление R нельзя просто сложить, чтобы подсчитать их общее сопротивление....................................................................246
Т-137. Векторная диаграмма помогает представить себе и количественно оценить многие процессы, в том числе в цепях переменного тока.................................................................247
ГЛАВА 12. Семь простейших сложных цепей переменного тока 250
Т-138. Из семи включённых в список сложных цепей нам осталось познакомиться всего лишь с тремя.....250
Т-139. Напряжение, действующее на последовательных цепях RC или RL, можно найти с помощью векторных диаграмм................251
Т-140. При параллельном соединении элементов RC или RL векторная диаграмма строится на основе общего напряжения, а не общего тока.....................................................................................251
Т-141. На векторной диаграмме нетрудно учесть появление третьего элемента и образование последовательной или параллельной LCR-цепи........................................................................252
Т-142. Реактивные сопротивления XL и Хс сильно зависят от частоты, и при её изменении в цепях с L или С меняются напряжения, токи и фазовые сдвиги....................................................253
Т-143. В электрической цепи может одновременно протекать множество переменных токов разных частот, чтобы выделить или подавить какие-либо из них, используют фильтры..........254
ГЛАВА 13. Описание неописуемого..................................................256
Т-144. Всё рассказанное о переменном токе относится только к одной его разновидности — к синусоидальному току......................256
Т-145. Спектр переменного тока сложной формы — это эквивалентный ему набор синусоидальных токов с разными частотами и амплитудами................................................257
Т-146. Посторонние переменные токи могут создавать помехи и искажать информацию, которую переносят электрические сигналы...............................................................................261
Т-147. С помощью конденсаторов и катушек можно создавать фильтры — электрические цепи, которые по-разному пропускают токи разных частот......................................................263
Т-148. Частотная характеристика — график, рассказывающий о том, как ведёт себя электрическая цепь на разных частотах.......265
Т-149. Коэффициент передачи показывает, во сколько раз напряжение или ток на выходе больше или меньше, чем на входе..........................266
Т-150. Децибел — универсальная единица, показывающая, во сколько раз какая-либо величина больше или меньше другой.........................266
ГЛАВА 14. В мире качающихся маятников..................................268
Т-151. Вы тронули гитарную струну, и она запела гимн свободным колебаниям...................268
Т-152. В колебательном контуре происходит обмен энергией между конденсатором С и катушкой индуктивности L...............271
Т-153. В последовательной LCR-цепи индуктивное сопротивление действует против ёмкостного........274
Т-154. На резонансной частоте сильно падает общее сопротивление последовательной LCR-цепи, и ток в ней резко возрастает................................................................................275
Т-155. На резонансной частоте сопротивление параллельной LCR-цепи резко возрастает.......276
Т-156. Почему резонансную частоту называют резонансной?................277
ГЛАВА 15. Маленькие хитрости большой энергетики..............278
Т-157. Трансформатор передаёт энергию из одной электрической цепи в другую без непосредственного контакта между ними........278
Т-158. Трансформатор увеличивает либо напряжение, либо ток, ни в коем случае, однако, не увеличивая мощность................................281
Т-159. Сопротивление нагрузки в цепи вторичной обмотки трансформатора определяет режим его первичной цепи — создаёт в ней вносимое сопротивление................................................285
Т-160. Температурный режим работающего трансформатора: «холодный» — «теплый — «горячий» — «пошёл дым»...................287
Т-161. Удивительные профессии простого проводника — сверхпроводимость и скин-эффект...290
Т-162. «Генератор тока» и «генератор напряжения» — два варианта взаимоотношений между источником и потребителем электроэнергии........................................................294
Т-163. Коэффициент полезного действия — цифра и символ...................296
Т-164. Качество работы оценивает тригонометрия (косинус фи).......298
Т-165. Трансформатор — машина для преодоления расстояний............300
Т-166. Трое в одной лодке и в общем магнитном поле...............................301
Т-167. Магнитное поле быстро вращается, перемещается по кругу, наполняя силой электрические мускулы планеты...........................304
Т-168. Электричество — незаменимый посредник...................................305
ГЛАВА 16. Главное о главных............................................................308
Т-169. Требуются силачи...............................................................................308
Т-170. Настоящий генератор: штрихи к портрету................................310
Т-171. Электрические машины — всё очень просто и непросто.............313
Т-172. Команда «Турбина» уверенно выигрывает у команды «Поршень».................................315
Т-173. Рождённый летать, как оказалось, прекрасно справляется с чисто наземными делами..317
Т-174. Гравитационные силы работают бесплатно, но платить всё же приходится..............319
Т-175. Ядерная энергия создаёт электрическую энергию в основном с помощью старого проверенного мастера.........................................325
Т-176. Отряд догоняющих — солнечная энергия, ветер, земное тепло, Луна.......................327
Т-177. Электростанция в чемодане и даже в кармане...............................339
Т-178. Аккумулятор и гальванический элемент — не кладовка, а химический комбинат.......340
Т-179. Постоянный, переменный, пульсирующий — любой ток из любого.............................345
Т-180. Спецназ из цеха генераторов..............................................................347
ГЛАВА 17. Миллион электрических профессий...........................348
Т-181. Неутомимый работник — электрический двигатель...............348
Т-182.Да будет свет!.....................................................................................353
Т-183. Тепло согревающее, тепло соединяющее............................................359
Т-184. Электричество помогает электричеству...................................362
Т-185. Измерительные приборы рассказывают о невидимом и неуловимом..........................365
ГЛАВА 18. Бригады прибывают по медному проводу...............368
Т-186. Незаменимый вклад реальности.......................................................368
Т-187. Машины тысячекилометровых размеров — электрические сети и системы.............371
Т-188. При необходимости электричество можно передавать по обходным путям............372
Т-189. Вращение Земли как элемент технологии......................................373
Т-190. Непростое электрическое хозяйство потребителя.......................374
ГЛАВА 19. Электричество личного пользования .......................376
Т-191. Электричество входит в ваш дом.................................................376
Т-192. Парад домашних электрических работников..............................379
Т-193. Закон строг, но справедлив.................................................................381
Т-194. Электричество опасное и электричество безопасное..................382
ГЛАВА 20. Фантастическая электроника...................................384
Т-195. Шедевры доисторической электроники...........................................384
Т-196. Информатика выбирает электричество.........................................386
Т-197.Два вида электрических сигналов — аналоговый и цифровой........388
Т-198. Процессы линейные и нелинейные....................................................389
Т-199. Вакуумный диод — прибор с односторонней проводимостью...390
Т-200. Первый электронный усилительный прибор — вакуумный триод.......................................391
Т-201. Транзистор — главный работник электроники............................393
Т-202. Схемные блоки аналоговой аппаратуры...........................................396
Т-203. Усилитель.............................................................................................397
Т-204. Генератор.............................................................................................397
Т-205. Модулятор...........................................................................................398
Т-206. Детектор.............................................................................................399
Т-207. Выпрямитель......................................................................................399
Т-208. Преобразователь частоты и идея супергетеродинного приёмника..........................400
Т-209. Строительные блоки для цифровых схем.......................................401
Т-210. Ограничитель......................................................................................401
Т-211. Генератор импульсов — мультивибратор.....................................402
Т-212. Триггер: делитель на два и элемент, запоминающий один бит —минимальную порцию информации......................................403
Т-213. Элементы логики — схемы И, ИЛИ, НЕТ......................................403
Т-214. Сумматор — представитель рассуждающей электроники.........404
Т-215. Шифратор и дешифратор..................................................................405
Т-216. Преобразование аналогового сигнала в цифровой и цифрового в аналоговый..............407
Т-217. Миллион профессий электроники.................................................409
Т-218. Радио: из частотной хижины в дворцы............................................409
Т-219. СВЧ — совсем другая радиотехника..........................................410
Т-220. Наследники первой электрической профессии.............................410
Т-221. Сотовый телефон — важный шаг к всеобщей связи........................411
Т-222. На очереди свет........................................................................413
Т-223. Электроника —мир бессчётных превращений.............................413
Т-224. Две непременные операции — принять и применить..................415
Т-225. Передаётся картинка.........................................................................416
Т-226. Новая жизнь железной проволоки......................................................423
Т-227. Инструменты для первооткрывателей..........................................425
Т-228. Особая профессия — помощник врача..............................................429
Т-229. Бесшумные шаги минут....................................................................430
Т-230. Главное дело электроники и её главный инструмент....................431
Т-231. Сумма технологий сделала электронику Электроникой.............433
ГЛАВА 21. Задачи на послезавтра...................................................438
Т-232. Стратегия стрекозы: не нужно особо задумываться о будущем, когда появятся проблемы — что-нибудь придумаем 438
Т-233. Бесплатное электричество из бесплатного света..........................439
Т-234. Атомная энергия — из претендентов в конкуренты...................440
Т-235. Термоядерный синтез — сквозь тернии к звезде............................441
Т-236. И снова водород, на этот раз как выгодный посредник..................443
Т-237. Солнечную энергию можно, оказывается, использовать и старым способом..............444
Т-238. Во всех случаях нужно помнить о главном......................................445
Напутствия с надеждой....................................................................446
(Р. Сворень“Электричество шаг за шагом” 2019)