Текст книги "Ваш радиоприемник"

Автор книги: Рудольф Сворень

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 14 страниц)

Сворень Рудольф Анатольевич
«Ваш радиоприемник»

Предисловие

История радио начинается с первого в мире радиоприемника, созданного Александром Степановичем Поповым почти 70 лет назад. За этот, исторически короткий срок радиоэлектроника совершила фантастический скачок, проникла во все области науки, техники, культурной жизни, создала изумительные по универсальности и гибкости средства передачи, переработки и сбора информации.

Даже избалованный совершенной техникой человек XX века не может не удивляться выходящим на грань мечты возможностям радиоэлектронной техники. Квантовый генератор, освещающий с Земли лунную поверхность, телевизионная камера, ведущая репортаж из раскаленной мартеновской печи, вычислительная машина, выполняющая миллион операций в секунду, электронный стимулятор, поддерживающий ритм больного сердца, управляемый по радио космический корабль – разве все это не вызывает восхищения?

Много замечательного можно найти даже в тех электронных аппаратах, к которым мы давно привыкли, с которыми встречаемся на каждом шагу. Возьмем к примеру обычный радиовещательный приемник, разместившийся на вашем столе. Знаете ли вы, что он усиливает мощность попадающих в антенну сигналов примерно в 10¹²—10¹⁴ раз? По усилительным свойствам этот, казалось бы простой, и уже во всяком случае небольшой аппарат может сравниться с фантастическим подъемным краном, который, повинуясь легкому движению руки оператора, поднимает груз в десятки миллиардов тонн (все население нашей планеты весит во много раз меньше).

А возьмите такое качество приемника, как избирательность – способность из многих тысяч одновременно работающих станций выбирать только одну, нужную нам. Если бы подобной способностью обладал человек, то, находясь на большом стадионе в Лужниках, каждый из нас мог бы легко разговаривать с любым из ста тысяч заполнивших трибуны болельщиков. И даже в самые острые моменты матча все остальные голоса просто не были бы слышны. Во всяком случае, голос ближайшего соседа, не говоря уже о более далеких, ослаблялся бы в несколько сот раз.

Высокое качество радиовещательного приемника обеспечено совершенными деталями и эффективными схемами, в первую очередь, различными ламповыми усилителями. В приемнике можно встретить и другие «популярные» элементы и узлы современной радиоэлектронной аппаратуры – генератор, колебательный контур, согласующий трансформатор, делитель напряжения, фильтры. Есть тут много типичных схем, широко распространенных деталей, общих для всей радиоэлектроники методов преобразования сигналов. Вот почему знакомство с приемником может оказаться прекрасной школой для того, кто решил войти в чудесный мир радио. Опыт многих тысяч радиолюбителей убедительно показывает, что человек, окончивший эту «школу», как правило, приобретает не только стройную систему знаний, но и определенную радиотехническую квалификацию.

Учитывая все сказанное, можно одобрить замысел автора этой книги, решившего рассказать об основах радиоэлектроники, воспользовавшись радиовещательным приемником как «наглядным пособием». Рассматривая принцип действия и схему современного четырехлампового супергетеродина, автор постепенно знакомит с важнейшими радиотехническими схемами и отдельными их элементами, вводит такие фундаментальные понятия радиоэлектроники, как усиление, фильтрация, спектры сигналов, резонанс, электромагнитные колебания, излучение, нелинейные процессы и др.

К сожалению, научно-популярная радиотехническая литература нередко обходит некоторые из этих понятий из-за их сложности и необычности. В результате читатель получает обедненное, а порой просто искаженное представление о важнейших процессах и явлениях и, что особенно неприятно, эти неверные представления еще долгое время мешают при дальнейшем изучении предмета.

В книге «Ваш радиоприемник» сделана достаточно смелая попытка простыми литературными и графическими средствами дать читателю представление о многих «сложных темах». В принципе это несомненно правильный подход. И хотя время от времени автор прибегает к очень уж «облегченной» форме изложения, можно считать, что попытка ему удалась.

Книга «Ваш радиоприемник» – удачный пример того, как можно просто, занимательно и в то же время достаточно конкретно рассказать о радиоэлектронной технике. Эта книга будет полезной не только для тех, кто хочет поближе познакомиться со своим приемником, но в первую очередь для тех, кто испытывает потребность познакомиться с основами современной радиоэлектроники.

В. СИФОРОВ, член-корреспондент Академии наук СССР

А стоит ли знакомиться?

Помните, как он впервые появился в вашем доме? В приподнятом настроении вы ехали с ним в такси, а потом легко взобрались на третий или, может быть, на пятый этаж. Дома все в сборе и уже давно с нетерпением ждут вас – каждый стремится побыстрей открыть дверь, убрать с дороги стул, освободить место для дорогого гостя. И вот наступает торжественный момент. Быстро вскрыта большая картонная коробка, и он выскальзывает из нее прямо на стол. Он – это поблескивающий стеклом, белой пластмассой и зеркальной полировкой дорогих пород дерева новенький радиоприемник, ваш будущий помощник, веселый друг и всезнающий учитель.

Еще мгновение – щелкает выключатель, ярко вспыхивает разноцветная шкала, а по ней медленно ползет тонкая красная стрелка. И вдруг (куда девались массивные каменные стены?) на вашу тихую комнату со всех сторон обрушиваются каскады звуков. Быстро отбивают телеграфную дробь корабельные радисты, запрашивают погоду командиры воздушных лайнеров, переговариваются между собой зимовщики Антарктиды и Арктики.

Едва уловимое движение стрелки, и вы уже в зеленых парках Вены – скрипки поют старинный вальс Штрауса. Стрелка движется дальше, и буквально каждый миллиметр ее пути приносит новые далекие и близкие голоса. Через пустыни и моря приплыла мелодия жаркой Индии, ее сменяют трели соловья – позывные итальянского радио, слышится быстрая французская речь, с непостижимым спокойствием кто-то комментирует на английском языке футбольный матч, приятный женский голос под аккомпанемент гармоники напевает веселую польскую песенку…

А вот и любимая мелодия. Это, конечно, поет старик Утесов, и самые теплые воспоминания приходят к вам вместе со знакомым с детства голосом. Вспоминаются задумчивые осенние леса Подмосковья, пьянящий аромат лугов в далеких предгорьях Алтая и веселый южный ветер, подгоняющий видавшую виды рыбацкую шаланду к родному одесскому берегу.

Время близится к полночи… Знакомые голоса Юрия Левитана и Ольги Высоцкой рассказывают о событиях трудового дня страны, ровно отсчитывают время звонкие удары кремлевских курантов и слышно, как торопятся куда-то автомобили по ночной Москве.

Прошло несколько дней, вы уже привыкли к своему приемнику и даже удивляетесь, как это раньше могли обходиться без него. Вы научились быстро находить нужную станцию, точно настраиваться на нее, подбирать «по вкусу» тембр передачи. Но несмотря на все это, приемник продолжает оставаться для вас непонятным чудом, сказочным волшебным ящиком.

* * *

НЕ ТОРОПИТЕСЬ НА ЛУНУ!..

«Все выше и выше и выше…» – напевает веселый человек с мотком проволоки в руках, поглядывая на верхушки деревьев, на крыши соседних домов и, кажется, даже на далекие звезды. Это энтузиаст-радиолюбитель ищет, куда бы пристроить антенну для своего приемника. Рассуждает он, по-видимому, так – чем выше антенна, тем больше энергии отбирает она у пролетающих мимо радиоволн, тем сильнее сигнал на входе приемника, тем громче приемник работает.

Против такого подхода есть серьезные возражения. С увеличением антенны в ней одновременно увеличиваются потери энергии, и порой очень длинная антенна работает ничуть не лучше короткой. В то же время радиовещательный приемник не требует от антенны слишком многого, так как сам прекрасно усиливает слабые сигналы.

Реальная чувствительность современного приемника в основном ограничена уровнем помех, для которых, кстати, увеличение антенны так же «выгодно», как и для основного сигнала. Поэтому не торопитесь забивать гвозди в Луну и пристраивать к ней антенну. Небольшой – длиной в несколько метров – кусок медного провода, уложенный на пол, подвешенный под потолком или в крайнем случае выведенный через окно на улицу, – вот все, что нужно для вашего приемника.

Во многих приемниках есть собственные, то есть расположенные внутри ящика, антенны – рамочная для диапазона УКВ и магнитная для длинных и средних волн.

Магнитная антенна – небольшой ферритовый стержень с катушками – обладает заметной направленностью. Поэтому с помощью специальной ручки всякий раз нужно направлять антенну в сторону принимаемой станции, подобно тому, как вы поворачиваете свои акустические «антенны» – уши в сторону собеседника. Для того чтобы управлять магнитной антенной, карта и компас не нужны. Лучший ориентир – громкость приема. Кстати, направленные антенны – это основной элемент различных радионавигационных приборов, например, радиокомпаса, который уверенно ведет самолет в сторону радиомаяка.

* * *

Действительно, как это можно простым поворотом ручки за какие-то доли секунды перенестись из одной далекой страны в другую? Почему тысячи одновременно работающих станций не мешают друг другу? Откуда набирает такую силу обычный человеческий голос, слышимый из приемника? Почему днем на средних волнах работает всего две-три станции, а вечером – несколько десятков? Как удается воспроизвести все оттенки звучания симфонического оркестра, в котором играет больше ста человек? И, наконец, каким образом вылавливает приемник из безмолвного эфира все эти тысячи звуков?

Далеко не каждый из радиослушателей – владельцев приемника ответит на эти вопросы хотя бы в самых общих чертах. Но может быть, это и не нужно? Может быть, радиослушателю достаточно знать, чем «заведует» в приемнике та или иная ручка, и не стоит задумываться над сложными физическими превращениями, которые происходят на всем пути от антенны до громкоговорителя?

Слишком много машин сегодня служит человеку – часы, телевизор, электробритва, фотоаппарат, мотоцикл, акваланг, реактивный самолет… Разве успеешь со всеми познакомиться! А потом – какая польза в этом знакомстве? Что может измениться, если во всех подробностях изучить тот или иной аппарат? Разве у радиоинженеров приемники работают лучше, чем у всех других людей? И разве, если что-нибудь случится, нельзя вызвать радиомастера, человека ученого и опытного, который быстро найдет и устранит любую неисправность?

Все эти возражения, конечно, имеют определенный смысл, особенно если учесть, что даже не очень глубокое знакомство с работой приемника потребует немало времени и энергии. И все же, выслушав множество «против», нужно выслушать и «за». Хотя бы несколько.

Начнем с того, что человек не всегда принимает только самые практичные решения. Ну скажите, какая практическая польза в посещении театра или чтении стихов? Что дает «для жизни» изучение истории или знакомство с воззрением древних философов? Зачем читать книги об атомном ядре, если ты не физик, или о звездах, если ты не космонавт? И вместе с тем мы не жалеем времени на то, чтобы как можно больше узнать об окружающем нас мире, о последних достижениях науки, о чувствах поэтов, о далеком и пока чужом Космосе.

«Хочу все знать» – это не просто красивая фраза, эта первейшая человеческая потребность. Так может ли в наших знаниях оставаться белым пятном такая большая и важная область науки, как радиоэлектроника? И можно ли упустить такой удобный случай для знакомства с ней, как появление в доме радиоприемника?

Второе «за» носит более практический характер. Кем бы вы ни были, чем бы ни занимались, рано или поздно на вашем пути встретятся радиоэлектронные приборы – новая колхозная радиостанция или электронный «советчик» металлурга, прибор, регистрирующий биотоки мозга, или реле времени, автомат для контроля качества продукции или полупроводниковая система зажигания автомобильного двигателя. Многим из вас придется овладеть каким-то комплексом знаний по радиоэлектронике, а некоторые, по-видимому, чувствуют потребность в этих знаниях уже сейчас. Но как самому разобраться во всех этих сложных вещах? Здесь опять на помощь вам может прийти радиоприемник.

В современном приемнике можно встретить большинство основных элементов любой электронной аппаратуры. Это конденсаторы, сопротивления, катушки, трансформаторы, различные ламповые усилители, генератор, выпрямитель переменного тока, фильтры и многое другое. Внимательно познакомившись с их ролью и работой в радиоприемнике, вы сделаете очень важный шаг на пути в радиоэлектронику.

И наконец третье «за», совсем уже деловое. Неужели нужно вызывать радиомастера для того, чтобы сменить лампу или предохранитель? А приятно ли со страхом и абсолютным непониманием смотреть, как кто-то копается во «внутренностях» вашего приемника? Конечно, каждый радиослушатель не может быть радиомастером – это не очень нужно и далеко не просто. Однако есть целый ряд простейших ремонтных и профилактических работ, которые вполне можно делать самому.

Эта книга написана для того, чтобы помочь вам познакомиться с радиоприемником. В ней вы найдете рассказы о том, как происходит радиопередача и радиоприем, по какой схеме строится приемник, как работают отдельные его узлы и детали. Если читать эту книгу, вооружившись карандашом, бумагой, электропаяльником и набором радиодеталей, то к концу может оказаться, что вы не только поймете, как работает ваш купленный в магазине радиоприемник, но и сами научитесь конструировать простейшие приемники.

Одним словом, если хотя бы одно из приведенных выше трех «за» вдохновило вас на знакомство с радиоприемником, то скорее переворачивайте страницу – и смело в путь.

Несколько страниц электротехники

Заниматься электроникой, не зная основ электротехники, невозможно, точно так же, как нельзя с завязанными глазами играть в футбол. И хотя вы подробно изучали электрические явления на уроках физики в седьмом, а многие и в десятом классе средней школы, не вредно будет кое-что повторить еще раз.

Конечно, если бы мы стали знакомиться с велосипедом или даже с автомобилем, нам не пришлось бы предварительно повторять основы механики, вспоминать, что такое трение или скорость, ось или рычаг. С механическими явлениями человек сталкивается буквально с первых дней своего существования и привык считать их вполне понятными.

С электричеством мы по-настоящему познакомились сравнительно недавно – оно широко применяется в быту и промышленности всего несколько десятилетий. Может быть, через некоторое время люди настолько привыкнут к электричеству, что уже в детстве будут знать и даже «чувствовать» закон Ома или правило правой руки. Но сегодня многим из вас, по-видимому, еще нужно освежить в памяти основы электротехники перед тем, как идти на штурм «чудес» радиоэлектроники.

Помимо хорошо известных нам массы или объема, вещество может обладать и другими свойствами. К их числу в первую очередь относятся совершенно особые электрические свойства или, как принято говорить, электрические заряды.

Электрические заряды бывают двух сортов, один из них условно назван «положительным» (+), а другой – «отрицательным» (—). Хочется еще раз подчеркнуть слово «условно».

В данном случае обычный, известный из арифметики смысл знаков «+» и «—» не имеет никакого значения. С таким же успехом можно было бы обозначать заряды вопросительным и восклицательным знаками или точкой и запятой.

Электрические свойства можно встретить буквально повсюду – в натертой о шерсть гребенке, в ослепительной вспышке молнии, в раскаленной спирали электроплитки, в сокращающейся сердечной мышце. Откуда такая универсальность? Кто он, этот вездесущий носитель электрического заряда?

Для ответа на эти вопросы нам придется заглянуть в мир атома. Там мы найдем мельчайшую порцию отрицательного электричества – заряд электрона, с огромной скоростью вращающегося вокруг атомного ядра. В самом ядре имеются такие же порции положительных зарядов – ими обладают тяжелые и как бы прилипшие друг к другу частицы – протоны. Электрических зарядов, меньших, чем у электрона и протона, в природе пока не обнаружено и поэтому заряд этих частиц называют единичным. Правда, единица эта слишком мала и пользоваться ею на практике – это примерно то же самое, что измерять в микронах расстояние между городами. Практическая единица электрического заряда – это кулон (к), представляющий примерно 6300000 000 000 000 000 (6,3·10¹⁸) зарядов электрона или протона.

* * *

АЛФАВИТ РАДИСТОВ

Слова записывают буквами, о машине подробно рассказывает ее чертеж, а для того, чтобы представить себе сложный электронный прибор, например радиоприемник, необходимо познакомиться с его схемой. На схеме условными обозначениями показаны главные детали прибора, показано, в какие электрические цепи они объединяются, как связаны между собой. Познакомьтесь с некоторыми «буквами» радиотехнического алфавита, с условными обозначениями, применяемыми при составлении схем. Здесь приведены обозначения, которые чаще других встречаются в массовой радиолюбительской литературе.

Много условных обозначений вы встретите дальше, в частности, на рисунках 7, 13, 19, 21, 24 и др.

* * *

Если в стакан кипятку бросить кусок льда, то произойдет своего рода нейтрализация, в стакане не останется ни льда, ни кипятку. Они превратятся в обычную воду комнатной температуры. Подобно этому нейтрализуют друг друга одинаковые положительный и отрицательный электрические заряды.

Если каким-то образом объединить электрон (—) и протон (+), то полученный «гибрид» вообще не будет обладать электрическим зарядом. Разумеется, наше сравнение весьма условно. В частности, никаким разделением воды на две части нельзя вновь получить лед и кипяток, в то время как электрический заряд – свойство неисчезающее.

В нормальных атомах вокруг ядра «бегает» столько же электронов, сколько протонов в этом ядре, а поэтому число единичных положительных и отрицательных зарядов одинаково. Такие атомы, так же, как и состоящие из них вещества, нейтральны, то есть в целом не обладают электрическими свойствами. Но стоит только убрать с орбиты один-два электрона, как равновесие нарушится и весь атом в целом получит положительный заряд.

При этом, конечно, появится положительный электрический заряд и у вещества, состоящего из таких наэлектризованных атомов. Натирая куском шерсти гребенку, мы просто вырываем из ее атомов электроны, которые сразу же переходят на шерсть. Оба предмета электризуются: гребенка приобретает положительный заряд, шерсть – отрицательный.

Простейшие опыты показывают, что обладающие электрическим зарядом тела и частицы – их для краткости называют просто электрическими зарядами – взаимодействуют друг с другом. Одноименные заряды (+ и + или – и —) отталкиваются, а разноименные (+ и —) притягиваются (рис. 1, а). Естественно, притягиваясь или отталкиваясь, заряды могут передвигаться в пространстве.

Во время движения электрический заряд приобретает еще одно замечательное свойство, которое называют намагниченностью, или магнетизмом (рис. 1, б). Под действием магнитных свойств тела и частицы тоже взаимодействуют друг с другом – притягиваются либо отталкиваются подобно электрическим зарядам. Пример: два движущихся электрона будут отталкиваться под действием электрических зарядов, но одновременно могут притягиваться под действием магнитных сил.

Рис. 1

Где бы вы ни встречали магнитные свойства – в стрелке компаса, электромоторе или, наконец, на полюсах нашей планеты, – знайте, что эти свойства всегда являются следствием тех или иных движений электрических зарядов. С другой стороны, перемещая относительно магнита нейтральное в электрическом отношении тело, например кусок провода, можно вызвать его электризацию (стр. 34). Все это говорит о том, что электрические и магнитные явления тесно связаны друг с другом и являются различными проявлениями единой электромагнитной формы существования материи.

Вспомнив «азы» электротехники, мы можем переходить к более конкретным вещам. Сейчас разговор пойдет о работающих зарядах.

Работа всегда связана с движением – мощные потоки воды вращают рабочее колесо гидротурбины, выбрасываемые ракетным двигателем газы выталкивают на орбиту многотонный космический корабль, удар камня о камень высекает искру.

А нельзя ли заставить движущиеся электрические заряды выполнять полезную работу? Конечно, можно! Удобнее всего это сделать в так называемой электрической цепи, примером которой может служить обычный карманный фонарик (рис. 2).

Рис. 2

Любая электрическая цепь содержит нагрузку, соединительные провода и генератор или, как его еще называют, источник тока. Основной процесс в генераторе – это осуществляемая тем или иным способом электризация. В батарейке, например, электризуются два рабочих тела, два электрода – цинковый и угольный. Химические реакции «вырывают» электроны из атомов угля и перебрасывают их в цинк. В результате такой электризации на каждом из электродов появляется весьма ощутимая сила, способная притягивать либо отталкивать заряды, то есть способная заставить их двигаться… Она так и называется – электродвижущая сила, или сокращенно э. д. с. Единицей длины служит метр, единицей веса – грамм, а единицей э. д. с. – вольт (в). Если нужно, используют более мелкие единицы – милливольт и микровольт, равные соответственно тысячной и миллионной доле вольта (стр. 14).

Величина э. д. с. измеряется специальным прибором – вольтметром, который имеет два входных провода. Один из них подключают на «+» батареи, другой на «—». Вольтметр устроен так, что показывает ту силу, с которой «+» выталкивает, а «—» притягивает единичный положительный заряд.

Если говорить более строго, то вольтметр показывает работу, которую сможет выполнить заряд в один кулон на пути от «+» к «—». При э. д. с. 1 в каждый кулон зарядов, проходящих по цепи, выполняет работу в 1 джоуль (стр. 22).

Второй важный элемент электрической цепи – нагрузка, в нашем примере – лампочка. Сюда приходят заряды от генератора и здесь они совершают полезную работу. Но прежде чем говорить о том, как это делается, несколько слов о третьем элементе цепи – проводах, соединяющих генератор с нагрузкой (в карманном фонаре их роль выполняет металлический корпус и жестяные лепестки – выводы батарейки).

Зачем нужны провода? Почему от генератора к нагрузке заряды не могут двигаться без них прямо по воздуху? Здесь появляется слово, которое будет неотступно следовать за нами на всем пути знакомства с приемником. Слово это – сопротивление.

Сопротивлением, а точнее электрическим сопротивлением, называют способность той или иной среды противодействовать движению зарядов. Характер этого противодействия может быть самым различным. Летит электрон, сталкивается с встречным атомом и останавливается – сопротивление. Пролетает электрон вблизи сильного магнита и сворачивает со своего пути – опять сопротивление. Или вот еще пример противодействия. Несколько электронов вылетело из отрицательного электрода батарейки (там они в избытке!) и образовали вокруг него так называемое электронное «облако». Это облако своим отрицательным зарядом отталкивает назад другие электроны и буквально не дает им выйти из электрода.

Из-за различных видов противодействия свободный, безостановочный пробег зарядов в любом веществе весьма мал. И трудно сказать, каким образом удалось бы использовать электрическую энергию, если бы в природе не было целой группы веществ, получивших общее название проводников.

Вообразите, что вам нужно пройти по длинному коридору, беспорядочно заваленному столами, ящиками, стульями и другими громоздкими вещами. Сделав несколько шагов, вы, конечно, устанете и, наверное, даже остановитесь. Это немного напоминает движение единичного заряда в воздухе или другой подобной среде.

А теперь другая картина. Тот же коридор, с таким же «большим сопротивлением». Но на этот раз вы будете преодолевать его не в одиночку, а вместе с несколькими товарищами. Они разместятся равномерно вдоль всего коридора и по команде начнут двигаться в одну и ту же сторону. Вскоре после того, как вы войдете в коридор, из него уже выйдет тот ваш товарищ, который стоял ближе других к выходу, и, если не задумываться над тем, кто вошел, а кто вышел, то можно будет считать, что человек прошел через коридор. Такое коллективное преодоление препятствий напоминает то, что происходит с электронами в проводниках.

К числу проводников относятся металлы, уголь, графит, некоторые растворы солей, кислот, газы в особом, ионизированном, состоянии. Отличительная черта всех проводников – наличие свободных электрических зарядов. Напомним, что свободными заряды называют потому, что они могут свободно перемещаться в пространстве под действием каких-либо сил, например, тепловых или электрических. Иногда это свободные «вырвавшиеся» из своих атомов электроны (рис. 3), иногда и сами атомы с недостающими или, наоборот, лишними электронами. Такие атомы называют положительными и отрицательными ионами (рис. 3).

Рис. 3

Подключим к концам проводника источник э. д. с., например батарейку, и в этом проводнике сразу начнется непрерывное движение зарядов – если в проводнике есть свободные электроны, то они будут двигаться от минуса батареи к ее плюсу. Вот такое упорядоченное движение свободных зарядов под действием электрических сил называется электрическим током.

Единица измерения тока – ампер (а) базируется на уже известной нам единице заряда – кулоне. Если за секунду через какой-либо участок цепи проходит кулон электрических зарядов, например 6,3·10¹⁸ электронов, то ток в этом участке равен одному амперу.

* * *

РАЗМЕННАЯ КАССА

Недавно в Москве открылся молочный магазин, где все товары продаются только автоматами. Есть в этом магазине и кассир-автомат для размена денег. Если вы опустите в кассу 20 копеек, он выдаст вам, например, два гривенника, опустите полтинник – получите 10 пятачков. Подобным разменом часто приходится заниматься при решении задач, связанных с электрическими цепями. В этом случае разменивают единицы измерения – амперы, вольты, фарады и др. Сколько микроампер в миллиампере? Как выразить напряжение в вольтах, если оно указано в милливольтах? Что больше: 0,01 микрофарады или 1000 пикофарад? На подобные вопросы вы сможете легко ответить, познакомившись с приведенной ниже таблицей. Совершенно очевидно, что все приставки, указанные в первом столбце, встречаются не только в электрических единицах, но и в любых других единицах измерения.

* * *

Картина движения электронов напоминает описанное чуть раньше коллективное преодоление препятствий в коридоре. Сами электроны движутся очень медленно, но ток начинается практически одновременно во всей цепи. При этом избыточные электроны, с «минуса» батареи сразу же начинают выталкиваться в проводник, а часть свободных электронов сразу же переходит на «плюс» из проводника. Для того чтобы остановить ток, достаточно разорвать цепь – ввести в нее участок из изолятора, например воздуха, в котором, как известно, свободных зарядов практически нет.

Внутри батареи за счет химических реакций электроны вновь перебрасываются с плюса на минус, чтобы оттуда вновь отправиться в свое путешествие по проводнику и, может быть, вновь добраться до плюса. Совершенно ясно, что если в проводнике есть свободные положительные заряды, то они будут двигаться в обратном направлении, а если заряды обоих «сортов», то в проводнике одновременно возникает два тока, противоположных по направлению. В дальнейшем для того, чтобы не вводить излишнюю путаницу, рассматривая различные электрические цепи, мы не будем вдаваться в подробности, не будем разбираться в том, каких зарядов больше, какие из них в основном создают ток, а всегда будем считать, что в проводнике есть только свободные положительные заряды, например положительные ионы, и что только они и создают ток. Поэтому мы всегда будем считать, что направление тока в проводнике одно – от плюса к минусу (рис. 4).

Рис. 4

Проходя по проводнику, заряды, и в частности электроны, «натыкаются» на неподвижные атомы и сталкиваются друг с другом. В результате этих соударений проводник нагревается и при достаточно высокой температуре светится.

Вернемся к нашему примеру – электрической цепи карманного фонаря, и попытаемся выяснить, от чего зависит величина тока и развиваемая им мощность. Прежде всего нужно отметить, что чем больше э. д. с., то есть чем с большей силой свободные электроны выталкиваются с минуса и притягиваются к плюсу, тем быстрее эти электроны движутся, тем большее их количество вовлекается в общий поток, тем, следовательно, больше и ток в цепи.

Кроме того, величина тока зависит и от размеров самого проводника – в нашем примере от нити лампочки. По толстому проводнику электронам легче пройти, чем по тонкому, по короткому – легче, чем по длинному. Многое зависит еще и от материала – от количества свободных электронов, которые могут создавать ток, от расположения атомов, с которыми электроны сталкиваются на своем пути. Одним словом, различные проводники по-разному способствуют появлению тока или, если пользоваться общепринятой терминологией, по-разному препятствуют ему. Здесь, кстати говоря, можно сказать и так и этак. Все зависит от точки зрения, от того, с чего начинать свои рассуждения – с идеального изолятора или с идеального проводника.

Для учета влияния проводника на величину тока введен специальный коэффициент, получивший название «сопротивление». Само это слово красноречиво говорит, что чем больше сопротивление проводника, тем сильнее он препятствует движению зарядов, тем, следовательно, меньше ток. Иногда для удобства вычисления вместо сопротивления пользуются обратной величиной – проводимостью.

Основные соотношения, к которым мы пришли, четко и лаконично выражены в известном законе Ома: чем больше э. д. с., тем больше ток, чем больше сопротивление (чем хуже проводимость), тем меньше ток (рис. 5).

Рис. 5

В качестве единицы сопротивления выбран ом (ом). Таким сопротивлением обладает проводник, в котором под действием э. д. с. 1 в возникает ток 1 а. Естественно, что если под действием одного вольта ток будет меньше ампера, то значит сопротивление проводника больше, чем 1 ом.

Без особых доказательств ясно, что чем тоньше проводник и чем он длиннее, тем больше его сопротивление. Если взять несколько проводников из разных металлов, но с одинаковыми размерами, то окажется, что наименьшим сопротивлением обладает серебро, затем идут медь, алюминий, сталь и другие. Очень высокое сопротивление у специальных сплавов – нихрома, константана, никелина и других.