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