Алекс Кун - Броненосцы Петра Великого -ч.3 Петербург (СИ)
Про магнитное поле мы уже сказали, что у него есть летний и зимний полюс. Вот и у электричества есть такие полюса. Как мы назовем полюса — электрической реке безразлично. Давайте называть полюс, что к меди в электрическом столбе подключен плюсом или положительным, а противоположный соответственно минусом, или отрицательным. И теперь смотрите, если к спирали подключить столб плюсом и минусом — стрелка отклониться в одну сторону. А если поменять местами плюс и минус — то в другую. Вот так и будем определять, где в наших устройствах плюс, а где минус. А по величине отклонения стрелки будем определять, насколько мощный поток электрической реки проходит через устройство. Вот тут нас ждет еще одна проблема. Представьте себе наш мельничный пруд, что выше плотины. Из него вода может течь по двум рукавам, по короткому и крутому, через плотину, или по длинному и пологому, по которому сброс вешних вод идет. Представили? Оба рукава примерно одинаковое количество воды пропускают, но в коротком вода бурлит, и скорость ее движения большая, а по длинному рукаву вода течет неспешно. Таким образом, чтоб точно описать оба рукава нам надо сказать, не только, с какой высоты они вытекают, но и скорость или силу их течения. Вот и электрическая река подчиняется этому закону, ее можно описать теми же словами — у нее есть перепад, и сила течения. Представьте, перепад может быть большой, но если мешать течь потоку электричества, то сила течения будет маленькой, река будет еле сочиться. А может быть наоборот, перепад небольшой, но невидимому течению ничего мешать не будет, и силу течение наберет значительную, и чем больше перепад, тем более значительную силу наберет течение, если ему ничего не мешает. Представили, на примере обычной реки? Плохо, давайте еще раз поясню …
А потом еще раз, индивидуально. Абстрактные вещи тут воспринимали слабее — сразу вспомнился фрагмент от Филатова — «… нам бы схемку, аль чертеж — мыб затеяли вертеж …».
Как будем называть все эти силы — электрической реке безразлично, как и название ее полюсов. Это надо нам, для бюрократии. Но чтоб не называть силы неизвестно как — их назвали в честь ученых, которые силы эти обнаружили первыми.
Поперхнулся. Чуть не ляпнул, что еще обнаружат. Вообще интересно наверное, родиться, и узнать что в честь тебя уже что-то назвали. Или фамилию дадут в честь явления? А что, вполне может быть — будет итальянец Александро Монтега ковыряться с электричеством, и его обзовут Вольтом, потом кличка приклеиться и история слегка залечит прорехи. Ну да ладно, мне до этих времен точно не дожить.
Итак, перепад электрической реки назвали напряжением, а единицы, в которых его измеряют — вольтами. А силу течения электрической реки, так и назвали силой тока, или просто током, и меряют его в амперах. Это просто запомните, так как это условность.
И чему будет равен один вольт?
Чтоб нам было проще, за один вольт принимаем одну пару металлов из электрического столба. Это, правда, не совсем точно, так как пока металлы в столбе свежие, напряжение в каждой паре чуть больше одного вольта, а когда метал израсходуется — напряжение станет меньше одного вольта. Со временем, мы с вами найдем это значение точно.
А силу тока как будем оценивать?
Уже сказал, что сила тока зависит от напряжения и сопротивления. Чем больше напряжение и меньше сопротивление — тем больше сила тока. Вот и выходит зависимость, что сила тока равна напряжению, деленному на сопротивление. Это понятно? А чего глаза такие остекленевшие? Вспомните, как площадь прямоугольника найти — это вы все делали. Длину на ширину умножаем. Так вот. В этом примере, длинна это сила тока, ширина это сопротивление, а площадь, это напряжение. Законы мира, они очень похожи друг не друга, к какой бы области не относились.
Вот и выходит, что, зная напряжение, по количеству подключаемых пар столба и сопротивление, которые сами организуем — найдем силу тока.
Про сопротивление вам рассказывал — каждый металл пропускает электрическую реку по-разному. Но сопротивление не только от металла зависит, но и от его размеров. Сами понимаете, проковыряй мы в плотине тонкую дырочку — будет тонкая струя, значит, дырочка воде оказывает большое сопротивление. А расковыряй мы в плотине огромную дыру — вода хлынет потоком и сопротивление ему большая дыра практически не окажет. А так как электрическую реку мы пустим по проводам-трубам, то и длина этих проводов важна. Сами понимаете, короткая дорога от дома до сортира сил потребует гораздо меньше, чем, если вы от дома пойдете в Архангельск. В итоге получаем, чем больше площадь сечения провода-трубы, тем меньше сопротивление, и наоборот, чем провод длиннее, тем сопротивление больше. А значит, сопротивление провода равно коэффициенту сопротивления металла, из которого провод сделан, умноженному на длину провода и деленному на площадь сечения провода. Уф.
Это был, конечно, не экспромт. Хорошие экспромты надо долго готовить, лишний раз в этом убедился на проводах школы в поход.
Более того, удельное сопротивление помнил только у меди, так что у подмастерьев впереди много увлекательной работы по составлению справочников. Еще одна зацепка была, чисто эмпирическая — сопротивление стали примерно в 10 раз больше меди. Выходит, 4.5 метра стальной проволоки диаметром 1мм, а тоньше мы пока сталь волочить не могли, будут иметь сопротивление 1 Ом. А если свернуть стальную проволоку спиралью в 15 сантиметров диаметром, то каждые 10 витков дадут плюс один Ом. В результате, можем сделать реостат длинной 50 см, диаметром 15 см с сотней витков стальной проволоки, разделяя витки 5мм шагом. Такой реостат будет иметь сопротивление от нуля до 10 Ом с шагом 0.1 Ом. Для первых лабораторных хватит, а кило омы будем подбирать из имеющихся материалов, имея эталонное сопротивление.
Вот изготовлением эталонного сопротивления из стальной проволоки и озадачил подмастерьев. Дело там не хитрое, справятся. Главное потом все хорошенько проолифить, зачистив только узкую полосу контакта на всех витках.
Весь день потратили на создание лабораторного гальванометра, так как наш первый макет не мог похвастать чувствительностью и повторяемостью. Вот и составляли, вместе с подмастерьями, чертеж прибора и схемы его подключения для измерения силы тока и напряжения. Рисовал, в основном, сам — зато подмастерья мотали рамки, и намагничивали железки, пока мы не подобрали параметры удобные нам для работы. Точнее, приборов сделали два один на напряжения до 20 вольт и токи до 10 ампер, второй на напряжения до 200 вольт и токи до 100 ампер, причем, шунт на втором измерителе можно было менять, но пока отградуировали его приблизительно.
Силу тока и напряжение вполне можно мерить одним прибором. Для измерения силы тока прибор должен иметь минимальное собственное сопротивление и включаться в цепь последовательно с измеряемой нагрузкой, а для измерения напряжения прибор должен иметь большое внутреннее сопротивление и подключаться параллельно нагрузке. Можно, конечно, делать два разных прибора в одном рамка из малого количества витков, и им будем мерить Амперы, а другой, с большим количеством витков рамки, и соответственно большим сопротивлением — им будем измерять Вольты.
Но можно просто добавить к амперметру набор сопротивлений и … В общем, так и сделали.
Домашним заданием подмастерьям стало изготовление, а главное, градуировка новых измерительных инструментов.
В процессе разговоров о приборе возник закономерный вопрос — а нельзя ли по этому принципу сделать двигатель. Чтоб рамка не поворачивалась, а крутилась.
Можно. Более того, в большинстве случаев машины, что мы делаем — обращаемые. Это значит, что генератор можно использовать как двигатель и двигатель как генератор, с минимальными переделками. Это правило не без исключений — но пока не до нюансов.
Вообще, моя жизнь напоминала жизнь частицы в пузырьковой камере. Так же, проношусь по верхам, задавая принципы, направления и константы, причем, некоторые, придумывая на ходу. А за мной разрастается след из пузырьков. С одной стороны — приятно быть частичкой, вызвавшей бурную реакцию в перегретой среде. А с другой стороны — жизнь таких частичек коротка …
Вопросы с двигателями временно свернул. С нашей выработкой меди и проволоки не до жиру, пока все силы на генераторы. Делаем два экспериментальных генератора, один постоянного, второй переменного тока. Нагрузкой для них будет сварка для переменного и электролизер для постоянного. Для сварочника еще нужен будет трансформатор. Но об этом будем говорить на следующих занятиях.
Неделя интенсивных занятий принесла давящую усталость, так как по ночам пересчитывал генераторы на основе экспериментальных данных и готовился к новым лекциям. Ермолай поселился со мной на чердаке, и тырил у меня черновики прямо из-под рук. Складывалось ощущение, что он опасается моей скоропостижной кончины и пытается собрать максимум информации. Намекнул ему, что не дождетесь, и двинулся в электрический цех, где обкатывали генератор постоянного тока. С генератором переменного тока проблем у нас было немного, видимо они все дожидались нас в районе коллектора генератора постоянного тока. Даже думал бросить пока его доделку и использовать только переменный генератор. А потом сделал ход конем и переложил доводку генератора на подмастерьев. Проблемы очевидные, угольные щетки быстро стачиваются и забивают зазоры коллекторного кольца, соответственно идут замыкания. После перемотки очередной сгоревшей обмотки — озвучил наш запас проводов, подходящий к концу. А литейщики еще экспериментируют с продувкой меди, и новых проводов в ближайшее время не будет. Так что, еще пару замыканий, и на сердечники буду наматывать их внутренности. Похоже, поверили. И выкрутились оригинально — поставили на вал сразу за коллекторным кольцом крыльчатку, которой продували зазоры. А угольные щетки стали набивать в бронзовых рубашках. Вопрос с перемыканием щеткой двух соседних контактов коллектора решили варварски и в лоб — добавили в коллекторное кольцо пустых контактов шириной со щетку, и теперь рабочими были каждый второй контакт, а остальные просто для сохранения геометрии кольца. Пока это опытные, а не силовые генераторы — посчитал такой выход возможным.
