Беседа четветрая

Незнайкин — Прошлый раз ты говорил о конденсаторах, и, если я хорошо понял, когда присоединяют две пластины конденсатора к электрической батарее, на этих пластинах накапливаются заряды.

Любознайкин. — Это правильно. В таком случае говорят, что конденсатор заряжен.

Н. — Значит, когда мы подключаем конденсатор к источнику тока, в цепи проходит некоторый зарядный ток. Но продолжает ли проходить ток, когда конденсатор заряжен?

Л. — Нет, все прекращается. С другой стороны, подключив к конденсатору вместо батареи сопротивление, можно произвести разряд конденсатора.

Н. — Как это?

Л. — Очень просто. Надо только дать возможность электронам, находящимся в избытке на отрицательной пластине, восполнить недостаток их в атомах положительно заряженной пластины. Ток небольшой длительности, который пойдет при этом через сопротивление, называется током разряда.

Н. — Значит, конденсатор — это вид пружины, которую можно натянуть и которая затем при отпускании ослабевает, отдавая запасенную энергию.

Л. — Я тебе напомню, что прошлый раз мы использовали пример, сравнивая конденсатор с двумя резервуарами, разделенными эластичной мембраной. Разряд конденсатора через сопротивление можно сравнить с выпрямлением мембраны, которая при этом гонит воду через узкую трубу (рис. 11).

Рис. 11. Разряд конденсатора через резистор.

Н. — Может быть, это и очень забавно заряжать и разряжать конденсатор, но, по правде говоря, я не вижу пользы от этого занятия. Раз произошел разряд, то это уже конец. Не правда ли?

Л. — Да — если имеется источник постоянного тока, нет — если используется генератор переменного тока. В нашем примере эта машина может быть представлена в виде поршня, движущегося взад и вперед (рис. 12).

Рис. 12. Прохождение переменного тока через конденсатор.

Н. — Я понимаю. Перемещаясь к правому или левому концу цилиндра, поршень заряжает конденсатор, т.е. искривляет мембрану, возвращаясь в среднее положение, он ослабляет мембрану, т.е. разряжает конденсатор.

Л. — Ты видишь, что при этом в нашей цепи происходит непрерывное переменное движение электронов, т.е. получается настоящий переменный ток.

Н. — И это, несмотря на присутствие в цепи конденсатора, который в некотором роде разрывает цепь.

Л. — Электрики даже говорят, что переменный ток проходит через конденсатор. Это вовсе не значит, что электроны проходят через диэлектрик (мембрану, см. рис. 12). Наличие конденсатора лишь не препятствует движению взад и вперед электронов, т.е. прохождению переменного тока в цепи.

Н. — Нужно некоторое время, чтобы я привык к этому понятию, так как все-таки, по моему мнению, какой бы эластичной мембрана ни была, она является препятствием.

Л. — Конечно! Емкостным сопротивлением и назвали то сопротивление, которое конденсатор оказывает переменному току.

Н. — Ну вот еще один термин, да к тому же опять страшно сложный.

Л. — Наоборот, все это в сущности очень просто. Ты легко догадаешься сам, от чего зависит емкостное сопротивление.

Н. — Я полагаю, что оно зависит от емкости. Чем эластичнее мембрана, тем она больше изгибается и тем самым дает возможность большему количеству электронов входить с одной стороны и выходить с другой.

Л. — Итак, чем больше емкость, тем переменный ток легче проходит через конденсатор, и тогда мы говорим, что емкостное сопротивление меньше.

Н. — Как раз противоположно тому, что, происходит при индуктивном сопротивлении, которое возрастает с увеличением индуктивности катушек. Ну, а в действительности разве емкостное сопротивление, так же как и индуктивное, не зависит от частоты тока?

Л. — Конечно, чем больше частота, тем больше зарядов и разрядов конденсатора происходит в секунду и, следовательно, больше электронов проходит через поперечное сечение цепи в секунду.

Н. — Значит, ток возрастает с увеличением частоты; имение это и доказывает, что емкостное сопротивление увеличивается. Но, дорогой Любознайкин, много ли еще у тебя в запасе всяких сопротивлений? Я чувствую, что мое сильно уменьшается.

Л. — Успокойся, теперь ты уже знаешь три вида сопротивлений, имеющихся в электрорадиотехнике. Чтобы лучше понять их свойства, позволь привести тебе маленькую табличку.

Н. — Со свойствами различных видов сопротивлений, положим, я разберусь, но мне бы хотелось увидеть их в том наборе деталей, которые ты уже начал приобретать для приемника.

Л. — Желание законное, хотя оно свидетельствует о том, что ты еще не все понял. В отличие от активного сопротивления, присущего тому или иному конкретному материалу проводника, индуктивное и емкостное сопротивления называют реактивными. Эти как бы кажущиеся сопротивления катушек или конденсаторов появляются только тогда, когда через них проходит переменный ток. Активное же сопротивление существует в виде детали. Посмотри на эти цилиндрики с выводами для припайки. Это — активные сопротивления. Они называются резисторами.

Н. — А можно ли комбинировать различные виды сопротивлений?

Л. — Конечно. Впрочем, по правде говоря, мы довольно редко имеем дело с сопротивлением только одного вида. Так, например, катушка, кроме индуктивного, обладает также некоторым активным сопротивлением, которое зависит от длины, диаметра и материала проволоки. Катушка имеет также «распределенную емкость», образующуюся между соседними витками, которые как бы образуют пластины конденсатора.

Л. — В радиотехнике встречается большое количество различных соединений активного, емкостного и индуктивного сопротивлений.

Н. — В этом случае их величины складываются?

Л. — Увы. Не так все просто. Существует два основных способа включать различные сопротивления в электрическую цепь. Рассмотрим это на примере соединения резисторов. Первый способ (рис. 13,а) состоит в том, что резисторы (на схемах они обозначаются узким прямоугольником и буквой R) соединяют последовательно таким образом, чтобы ток проходил через них поочередно.

Второй способ предполагает параллельное соединение (рис. 13,б). При этом ток от источника разделяется на столько токов, сколько ветвей в разветвлении; в каждой ветви ток будет тем больше, чем меньше сопротивление резистора.

Рис. 13. Схемы соединения резисторов.

Н. — Подобно этому, если течение реки разделить на две ветви островом, то в ветви с большим руслом потечет больше воды.

Л. — Ты понимаешь, что два соединенных последовательно резистора…

Н. — … соответствуют сопротивлению, равному сумме сопротивлений этих резисторов.

Л. — Верно. А если они соединены параллельно?

Н. — Ну и что же! Я думаю, что в этом случае электронам будет легче проходить. Как если бы имелся проводник, у которого сечение равно сумме сечений разветвленных проводников. А раз так, то сопротивление этого участка уменьшится. Я думаю, что то же будет и для емкостного и индуктивного сопротивлений.

Л. — Ты не ошибаешься.

Н. — Следовательно, при последовательном соединении сопротивления резисторов, индуктивности и емкости складываются, а при параллельном общая величина, наоборот, будет меньше, чем каждая из величин, взятая в отдельности.

Л. — Ты забегаешь вперед, приписывая катушкам и конденсаторам те же свойства, что и их кажущимся сопротивлениям. Это справедливо, если ты говоришь о резисторах и катушках, для которых индуктивное сопротивление пропорционально их индуктивности. Но для конденсаторов это не так, так как емкостное сопротивление обратно пропорционально емкости. Значит, если при последовательном соединении емкостные сопротивления складываются, то общая емкость, наоборот, уменьшается.

Н. — Вот это да!

Л. — Я вижу, что совершенно бесполезно взывать к твоей математической интуиции… Смотри же (рис. 14), вот два последовательно соединенных конденсатора С₁ и С₂. Заметь, что емкость у С₂ меньше, чем у С₁, так как мембрана у С₂ меньше. Следовательно, общее количество жидкости, которое поршень может переместить, ограничено величиной конденсатора С₂. Что же касается конденсатора С₁, то хотя он и мог бы накопить большее количество жидкости, но получит ее столько, сколько пропустит конденсатор С₂ или даже немного меньше из-за преодоления напряжения своей собственной мембраны. Значит, при последовательном включении конденсаторов общая емкость системы С₁ и С₂ будет меньше, чем емкость одного конденсатора С₂.

Рис. 14. Последовательное соединение конденсаторов.

Н. — А при параллельном соединении емкости конденсаторов складываются, так как это соответствует как бы увеличению поверхности мембраны.

Л. — Правильно. Наконец-то ты понял.