Радио?.. Это очень просто! - Евгений Айсберг

Л. — Сравнение совершенно правильное.

Н. — Все-таки некоторые вещи мне неясны. Что это за кольца, которые ты называешь электромагнитными волнами?

Л. — Я не знаю точно и даже у ученых нет об этом единого мнения. Однако известно, что вокруг проводника, по которому проходит электрический ток, возникает электромагнитное поле, т.е. совокупность электрических сил (притяжение и отталкивание электронов и протонов, о которых я тебе рассказывал прошлый раз) и магнитных сил. Последние можно обнаружить, приближая к проводнику компас, стрелка которого установится перпендикулярно проводнику (рис. 6).

Рис. 6. Магнитное поле прямолинейного проводника и катушки.

Н. — Значит, это то же, что и поле магнита?

Л. — Да, но с той только разницей, что при приближении к магниту стрелка компаса устанавливается в направлении магнита.

Н. — Разве можно рассматривать проводник, через который проходит ток, как магнит?

Л. — Да. Однако его магнитная сила невелика. Чтобы ее усилить, необходимо намотать из проволоки катушку. Таким образом мы получим электромагнит, который можно сделать значительно мощнее обычного магнита. Можно также снабдить его железным или стальным сердечником, который, сгущая магнитное поле, усилит его интенсивность.

Н. — Зависит ли полярность такого магнита от направления тока?

Л. — Да. Если, например, для данного направления тока полюс электромагнита притягивает северный полюс стрелки компаса, то при изменении направления тока электромагнит притянет южный полюс. Магнитное поле имеет направление, зависящее от направления тока, который его создает.

Н. — Таким образом, если я хорошо понял, электромагнитные волны это не что иное, как поля, покинувшие ток, который их создал. Эти поля прогуливаются в пространстве со скоростью 300 000 000 м/сек. Но как их принимают?

Л. — В природе существует большое количество явлений, называемых «обратимыми». Примером может служить создание магнитного поля посредством тока. Если ток создает поле, то поле или, точнее, изменения магнитного поля создают ток в проводнике, находящемся в поле.

Н. — Значит, электромагнитные волны вызовут появление тока в любом проводнике, расположенном на их пути?

Л. — Несомненно. Так, например, в металлических трубках, образующих основу моего кресла, наводятся в данный момент токи высокой частоты, вызываемые всеми работающими в настоящее время передатчиками.

Н. — И, садясь на этот «электрический стул», ты не боишься быть убитым электрическим током?

Л. — Нет, так как эти токи крайне незначительны благодаря большому расстоянию, отделяющему нас от различных передатчиков, волны которых прибывают сюда с очень слабым полем.

Н. — Извини меня, но все это мне кажется дьявольски сложным.

Л. — Чтобы доказать тебе, как это просто, я сейчас покажу один классический опыт. Смотри: вот две катушки, которые я только что купил для приемника, вот батарейка от моего карманного фонаря, а вот миллиамперметр.

Н. — Что это такое?

Л. — Ты мог бы и сам догадаться. Это прибор, служащий для измерения силы тока. Я соединяю батарейку Б с первой катушкой, а миллиамперметр mА — со второй (рис. 7) и связываю обе катушки между собой.

Рис. 7. Индуктивное соединение первичной I и вторичной II катушек.

Б — гальваническая батарея; mА — миллиамперметр.

Н. — Да нет же! Они не связаны, так как между ними есть расстояние.

Л. — Ты ошибаешься, дружище. Связь, о которой идет речь, — это электромагнитная связь: вторая катушка находится в поле первой. Впрочем, ты это сейчас увидишь.

Н. — Я все же считаю, что ты ошибаешься, так как если бы вторая катушка находилась в поле первой, должен был бы появиться ток в соответствии с тем, что ты только что говорил относительно создания тока полем. Стрелка же миллиамперметра стоит на нуле.

Л. — Не говорил ли я тебе, что ток возникает только благодаря изменениям поля? Через первую катушку проходит постоянный ток, поле тоже постоянное, и нет оснований для появления тока во второй катушке.

А теперь внимание! Я отсоединяю батарейку первой катушки.

Н. — Невероятно! Стрелка миллиамперметра качнулась вправо, указывая на наличие тока малой длительности.

Л. — Этот ток вызван тем, что поле исчезло, т. е. изменилось от некоторой величины до нуля. А теперь я снова включаю батарейку.

Н. — Стрелка сдвинулась, но влево.

Л. — Потому что возникло поле, что является изменением, противоположным по знаку по сравнению с предыдущим случаем. Если вместо того, чтобы включать и выключать батарейку, я пропустил бы через первую катушку переменный электрический ток…

Н. — … то поле постоянно менялось бы, и во второй катушке также появился бы переменный ток.

Л. — Ты должен знать, что ток, который создает поле, называется индуктирующим, а ток, создаваемый полем, и индуктированным, или наведенным током. А само явление наведения одного тока другим называется электромагнитной индукцией.

Н. — Словом, допустим, что первая катушка — это ты, а вторая — я. Ток твоих мыслей с помощью звукового поля слов наводит ток мыслей в той же форме у меня, т. е. происходит своеобразная индукция.

Л. — Да, твои рассуждения правильны.

Беседа третья

Продолжая изучение явления индукции, Любознайкин подведет Незнайкина к «открытию» самоиндукции, влияние которой создает препятствие прохождению переменных токов. Затем, прибегая к очень выразительным аналогиям, наши два друга изучают свойства конденсаторов. Анализируя различные факторы, от которых зависит емкость, Незнайкин оценит «емкость» своего собственного понимания.

Незнайкин. — Я много думал о том, что ты рассказал об индукции. Я хорошо понял, что изменение тока в одной катушке ведет к возникновению индуктированного тока в другой. Но каковы направление и сила индуктированного тока?

Любознайкин. — Индуктированный ток, надо тебе сказать, обладает очень плохим «характером»: он находится всегда в противоречии с индуктирующим током. Если последний течет, увеличиваясь в одном направлении, то индуктированный ток потечет в противоположном направлении (рис. 8).

Рис. 8. Направление тока индукции.

а — увеличение тока в катушке I вызывает в катушке II ток противоположного направления;

б — уменьшение тока в катушке I вызывает в катушке II ток того же направления.

Н. — Можно ли сказать, что если в индуктирующей катушке ток течет в направлении часовой стрелки, то индуктированный ток потечет в противоположном направлении?

Л. — Точно! А когда индуктирующий ток уменьшается, индуктированный ток идет в том же направлении, стараясь воспрепятствовать уменьшению первого.

Н. — Это как собака моего дядюшки.

Л. — Еще одна выдумка!

Н. — 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 ею назад и сдерживает движение. Затем, когда он, устав, хочет замедлить свой бег, животное заставляет его ставить рекорды.

Л. — Мне кажется, эту историю ты только что выдумал. Тем не менее она доказывает, что ты понял явление индукции. Ты мог бы также добавить, что чем быстрее твой дядюшка ускорял или замедлял бег, тем сильнее была реакция его собаки, так как величина индуктированного тока пропорциональна скорости изменения индуктирующего тока, а также его величине.

Н. — 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.