Переменный ток имеет значительно ниже себестоимость, чем постоянный.

Генераторы переменного тока значительно проще, дешевле и надёжнее

генераторов постоянного тока той же мощности;

Электродвигатели, работающие на переменном токе также значительно

Проще, дешевле и надёжнее электродвигателей, работающих на

постоянном токе;

Переменный ток можно преобразовывать с помощью трансформатора,

постоянный ток трансформированию не поддаётся;

Из переменного тока можно легко сделать постоянный с помощью

Выпрямителя, а из постоянного тока переменный ток сделать

Значительно сложнее.

Мы знаем, что если по катушке пропустить переменный ток, то в ней возникнет переменное магнитное поле. Если на этот же сердечник надеть вторую катушку, то переменное магнитное поле во второй катушке, по закону электромагнитной индукции, наведёт переменный ток, изменяющийся по тому же закону, что и ток в первой катушке. На таком принципе действует трансформатор. Это слово в переводе означает «преобразователь».

Реальный трансформатор содержит две катушки (обмотки), надетые на один общий железный сердечник (см. рис.):

 

Одну катушку подключают к источнику переменного тока и называют её первичной обмоткой. Она создаёт переменное магнитное поле, которое наводит переменный ток во второй катушке, которую называют вторичной обмоткой.

Трансформатор позволяет навести во вторичной обмотке такое напряжение, какое нам нужно. Всё зависит от количества витков в первичной и вторичной обмотках, вернее, от соотношения количества витков. Иными словами:

Если во вторичной обмотке витков больше, чем в первичной – то и напряжение на вторичной обмотке будет выше, чем на первичной. Такой трансформатор будет называться повышающим. Если же наоборот: количество витков вторичной обмотки будет меньше, чем на первичной, то и напряжение на вторичной обмотке будет меньше. Такой трансформатор будет называться понижающим. Следует отметить, что первичную и вторичную обмотки можно менять ролями и при этом повышающий трансформатор можно превратить в понижающий и наоборот.

Трансформаторы широко применяются в быту, в промышленности и во многих других областях. Они настолько безопасны, что используются в детских электровыжигателях. На проволочку электровыжигателя надо подать напряжение около 3-х вольт, а в сети – 220 В. И трансформатор великолепно справляется с задачей понижения напряжения от 220 В до 3 В. Для передачи электроэнергии используют мощные гигантские трансформаторы, повышающие напряжение, а в конце линии электропередачи эти же трансформаторы понижают напряжение до нужного уровня. Для электросварки тоже используются трансформаторы, понижающие напряжение от 220 В до 50-60 В. В рентгеновских аппаратах используются трансформаторы, повышающие напряжение до сотни тысяч вольт. Вся радиоэлектронная аппаратура, питающаяся от электросети, имеет трансформаторы.

 

Электромагнитные волны. Их свойства и применение.

В предыдущей лекции мы рассмотрели вопрос о том, что изменение магнитного потока в контуре вызывает в этом контуре индукционный ток. Попробуем себе представить, что в какой-либо точке пространства нарастает магнитное поле, а проводящий контур в это место не поставим. И что при этом будет там наблюдаться:

С контуром без контура

Нарастающее поле в контуре вызывает Нарастающее поле вызывает в пространстве

индукционный ток. вихревое электрическое поле.

А теперь представим, что происходит всё наоборот: будет нарастать электрическое поле. В первом случае вместо нарастающего электрического поля возьмём проводник с током:

Из сказанного можно сделать очень важный вывод: если в какой-либо точке пространства изменяется одно из этих полей (электрическое или магнитное) то при этом обязательно появится другое поле.

 

Это физическое явление и лежит в основе зарождения электромагнитной волны.

Как же практически осуществить это? Наиболее простой способ – это в некоторой точке пространства заставить быстро изменяться электрическое поле. Для этого в какой-либо точке пространства заставим быстро колебаться электрон. (Смотри шуточный рисунок)

Мы видим, что колеблющийся электрон вызвал колебания электрического поля, а по закону электромагнитной индукции, это вызвало магнитное поле, которое колеблется по таким же законам, но только плоскость его колебаний лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости колебания электрического поля. А это и есть электромагнитная волна. И она распространяется в пространстве со скоростью 300000 км/с. Из рисунка видно, что в электромагнитной волне плоскости колебаний и электрического, и магнитного полей занимают в пространстве определённое положение. Поэтому, электромагнитная волна является поперечной волной.

Существование данной волны впервые предсказал известный американский учёный Дж.Максвелл. Но экспериментально они были получены Генрихом Герцем только через 8 лет после смерти Максвелла.

Получить электромагнитные волны Генриху Герцу удалось с помощью простейшего вибратора (вибратор Герца): С помощью такого вибратора он мог излучать электромагнитные волны и принимать их. Из своих опытов Г.Герц узнал свойства электромагнитных волн:

- Они распространяются в пространстве со скоростью 300000 км/с, которая является максимально возможной скоростью в природе;

- Для их распространения в пространстве вообще никакая среда не нужна. Они могут распространяться и в вакууме. Любая другая среда им только мешает.

- Они проходят через диэлектрики и не проходят через проводники. По отношению к электрическому току – всё наоборот: то, что пропускает электрический ток – то не пропускает электромагнитные волны и наоборот: то, что не пропускает электрический ток, то пропускает электромагнитные волны;

- Они могут отражаться и преломляться на границе двух сред;

-Как и всякие волны, они могут подвергаться интерференции (наложению), и дифракции (огибанию препятствий);

- Они являются поперечными волнами, что необходимо учитывать при их применении.

Электромагнитные волны существуют различной длины. Их длина варьируется от нескольких километров до нескольких ангстрем (А⁰) (1 А⁰ = 1*10^-10 м). При этом различные части этой шкалы обладают различными особенностями.

Начинается шкала электромагнитных волн с радиоволн. Они начинаются с длины в несколько километров и заканчиваются несколькими миллиметрами. По мере уменьшения длины волны, электромагнитные волны постепенно переходят в зону инфракрасных лучей, затем идёт видимый свет, дальше идут ультрафиолетовые лучи, затем идут рентгеновские лучи и заканчивается шкала гамма-лучами. На данном рисунке изображена вся шкала электромагнитных волн и рисунки, изображающие применение данной части шкалы на практике.

Человек на практике в настоящее время использует электромагнитные волны практически всего диапазона их длин. В данной лекции мы рассмотрим только радиоволны.

Ниже приведена таблица, в которой описываются свойства радиоволн различного диапазона:

Длина	Название	Применение
2000м-700 м	Длинные волны (ДВ) (LW)	Радиовещание и дальняя радиосвязь
500 м– 200 м	Средние волны (СВ) (MW)	Радиовещание и служебная радиосвязь
75 м – 14 м	Короткие волны (КВ) (SW)	Радиовещание, служебная и любительская радиосвязь
6 м – 1 м	Ультракороткие волны (УКВ) (FM)	Радиовещание, телевидение (МВ), служебная и любительская радиосвязь
1 м – 1 дм	Дециметровые волны (ДМВ)	Телевидение (ДМВ), сотовая связь, радиолокация.
1 дм – 1 см	Сантиметровые волны (СМВ)	Радиолокация, медицина, научные исследования.

 

Длинные и средние радиоволны могут огибать земной шар вследствие дифракции волн. Поэтому они используются для связи на большие расстояния и для радиовещания. Например, наша Новосибирская радиостанция вещает в диапазоне длинных волн на волне 1111 м.

 

Вопросы для самопроверки