Загадки электричества
В сеть электрического освещения я включаю лампочку накаливания на 100 свечей и последовательно с ней катушку из намотанной изолированной проволоки без сердечника. Лампочка загорается почти полным светом, так как сопротивление катушки невелико.
Рис. 47. Если на сердечник катушки надожить два согнутых гвоздя, то свет лампочки сильно ослабевает.
Моя задача заключается в следующем: как, не меняя сопротивления цепи, не трогая лампы и не перематывая катушки, ослабить силу света лампы?
Эту задачу за всех нас пришлось решать самому председателю. Он взял железный брусок и вложил его в катушку. Сила света лампы от этого моментально убавилась.
— Это производит довольно слабый эффект, — сказал председатель, — но если кроме того наложитьна сердечник катушки два согнутых гвоздя или наш П-образный брусок, то свет лампочки сильно ослабевает (рис. 47). Сейчас я попытаюсь вам объяснить, почему это происходит. Когда ток пробежал по катушке, он вызвал вокруг нее магнитное поле. Силовые линии этого поля, пронизывая какой-нибудь проводник, как уже не раз говорилось, возбуждают в нем ток. Однако, опыт показал, что эти индукционные токи будут обратного направления. Например, если мы будем смотреть на какой-нибудь конец катушки трансформатора и предположим, что в его первичной обмотке ток пойдет по направлению часовой стрелки, то во вторичной обмотке будет индуцироваться ток обратного направления, т.-е. против часовой стрелки. Товарищи, хотя нас сейчас и не интересует вопрос о взаимодействии магнитных полей первичной и вторичной обмотки, но я остановлюсь немного на этом вопросе, так как он даст нам ответ на задачу № 80. Решая указанную задачу, мы рассматривали наш большой электромагнит и медное кольцо, как некоторый трансформатор, у которого за вторичную обмотку мы и принимали кольцо. Следовательно, в кольце все время индуцировались токи направления обратного токам в электромагните. Если мы будем смотреть сверху на электромагнит и допустим, что в его обмотке ток идет по часовой стрелке, то, очевидно, верхний конец его сердечника будет в этот момент южным полюсом, в кольце, лежащем на сердечнике, ток будет обратного направления, т.-е. пойдет обратно часовой стрелке, следовательно, над кольцом получится северный полюс, а под кольцом южный. Таким образом южный полюс кольца будет обращен к южному полюсу электромагнита. Очевидно, что между ними должно возникнуть отталкивание. Когда ток в обмотке изменит свое направление, изменится полюс электромагнита, но изменится полюс и у кольца, а следовательно мы получим опять два одноименных полюса, которые также будут отталкиваться. Само собой разумеется, что подобное отталкивание существует и между первичной и вторичной обмоткой любого трансформатора.
Переходя к вопросу нашей сегодняшней задачи № 88, я должен заметить, товарищи, что трудно допустить, чтобы силовые линии, пронизывая вторичную обмотку трансформатора, могли наводить в ней токи, а в самой первичной обмотке эти же силовые линии не вызвали индукционных токов. Опыт показывает, что это действительно имеет место. Эти токи, которые возникают в самой первичной обмотке, называют экстратоками. Так как направление этих экстратоков будет обратно направлению первичных переменных токов, то, очевидно, они будут действовать на них ослабляющим образом. Понятно, что для этого действия не нужно вообще никакой вторичной обмотки. Любая катушка, любой электромагнит будут в большей или меньшей степени оказывать это же влияние на первичный переменный ток. Однако, чем же можно объяснить то, что при вкладывании железного сердечника первичный ток ослабевает? Для вас, товарищи, должно быть ясно, что экстраток будет тем сильнее, чем большей мощности будет магнитное поле, возбудившее его, а мы уже не ргіз говорили, что магнитное поле очень усиливается при внесении в катушку железного сердечника и особенно в том случае, когда этот сердечник замкнут.
Осталось разрешить последний вопрос: почему действие экстратоков в первичной обмотке трансформатора так ослабляется когда мы замыкаем вторичную обмотку?
Это очень любопытное явление. Индукционные токи во вторичной обмотке сами в свою очередь наводят токи в первичной обмотке, и эти токи будут направления обратного экстратокам. Благодаря этому экстратоки ослабляются, а когда наведенные токи сравниваются с ними по величине, то и совсем уничтожаются. Свойство катушки индуцировать в самой себе токи называется самоиндукцией. Самоиндукция проводников играет огромную роль в электротехнике. Без нее не было бы, например, современного радиотелеграфа. Специальные катушки с большей или меньшей самоиндукцией, так называемые реактивные катушки, заменяют собой реостаты в сети переменного тока. Кстати, товарищи, не решите ли вы такую задачу № 89.