32. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ЭЛЕКТРОЛИТАХ

Опыты показывают, что жидкости могут быть диэлектриками, полупроводниками или проводни­ками. Самой известной жидкостью-диэлектриком является вода. В том, что вода — диэлектрик, лег­ко убедиться, если опустить в банку с водой два электрода, подключив их к источнику тока. В та­кой цепи тока практически не будет.

Совсем по-другому будет обстоять дело, если во­ду заменить на какой-либо проводящий раствор. Подобные растворы, обладающие электрической проводимостью, называют электролитами. При со­здании в электролитах электрического поля в них возникает ток, вследствие чего положительные ио­ны начинают двигаться к катоду, а отрицательные ионы (и электроны) — к аноду.

Ионная проводимость в таких электролитах, ка­ковыми являются растворы кислот, щелочей и со­лей, объясняется электролитической диссоциаци­ей. Диссоциация — это распад молекул на ио­ны под действием электрического поля полярных молекул растворителя. Разноименно заряженные ионы при столкновении могут снова объединиться в нейтральные молекулы — рекомбинировать. В отсутствие электрического поля в растворе устана­вливается динамическое равновесие, когда процес­сы диссоциации и рекомбинации уравновешивают друг друга.

При плавлении солей, которые в твердом состо­янии являются ионными кристаллами, также по­лучаются электролиты с ионной проводимостью. А в таких электролитах, как расплавленные метал­лы, помимо ионов, носителями заряда являются и электроны.

При прохождении через электролит тока наблю­дается процесс электролиза — выделения на элек­тродах веществ, входящих в состав электролита.

Закон электролиза, открытый М. Фарадеем:

Масса вещества, выделившегося на электроде за время At при прохождении через электролит то­ка силой I, пропорциональна сале тока и време­ни, т. е.

m – klAt,

где к — электрохимический эквивалент данного вещества. Он численно равен массе выделивше­гося на электроде вещества при прохождении че­рез электролит заряда в 1 Кл (lAt — Aq, откуда

Д<7

1 М

Электрохимический эквивалент равен: к — – —,

где F = 9,65 • 104 Кл/моль — число Фарадея, М — молярная масса, п — валентность.

Электролиз широко применяется в технике, на­пример:

— для очистки (рафинирования) меди;

— в гальваностегии — покрытии поверхности одного металла тонким слоем другого (хромирова­ние, никелирование, золочение и т. д.);

— в гальванопластике — получении отслаивае­мых покрытий.

Задача на применение закона электролиза: Сколько времени нужно пропускать ток силой 1 = 1,8 А через раствор соли серебра, чтобы на N = 12 ложках, служащих катодом и ‘имеющих площадь поверхности S = 50 см2 каждая, отложил­ся слой серебра толщиной А — 0,058 мм? Плотность серебра р •» 10,5 • 103 кг/м3, молярная масса сере­бра М = 108 • 10~3 кг/моль, его валентность п — 1. Число Фарадея F – 9,65 • 104 Кл/моль.

Решение: Согласно закону Фарадея на ложках отложится масса серебра, равная:

Физическая география – часть 1 1

Физическая география – часть 2 138

Физическая география – часть 3 401

Физическая география – часть 4 409

АНТАРКТИДА 415

ОКЕАНЫ 415

Тихий океан и Океания 415

Физическая география – часть 5 417

Природные зоны 420

Физическая география – часть 6 166

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И СОЦИАЛЬНАЯ ГЕОГРАФИЯ 167

Население 424

Физическая география – часть 7 428

Структура АПК 431

Физическая география – часть 8 176

Физическая география – часть 9 440

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И СОЦИАЛЬНАЯ ГЕОГРАФИЯ МИРА 441

СОВРЕМЕННАЯ ПОЛИТИЧЕСКАЯ КАРТА МИРА 441

Формирование политической карты 441

Физическая география – часть 10 189

Физическая география – часть 11 452

БАКТЕРИИ. ГРИБЫ. ЛИШАЙНИКИ 460

Физическая география – часть 12 461

Физическая география – часть 13 471

ЖИВОТНЫЕ 473

Физическая география – часть 14 218

Физическая география – часть 15 484

АНАТОМИЯ И ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА 489

Мышечная система 493

Физическая география – часть 16 494

Физическая география – часть 17 503

Физическая география – часть 18 253

Физическая география – часть 19 17

Физическая география – часть 20 264

Физическая география – часть 21 271

Физическая география – часть 22 278

Физическая география – часть 23 285

Физическая география – часть 24 289

Физика 297

Физическая география – часть 25 299

Физическая география – часть 26 305

Физическая география – часть 27 312

Физическая география – часть 28 317

Физическая география – часть 1 326

Химия 330

Физическая география – часть 1 332

Физическая география – часть 1 332

Физическая география – часть 1 338

Физическая география – часть 1 340

Физическая география – часть 1 348

Физическая география – часть 1 355

О 362

Физическая география – часть 1 362

Физическая география – часть 1 368

Физическая география – часть 1 372

где V — объем выделившегося серебра.

Приравнивая правые части выражений (1) и (2), получаем:

± – (>NSh,

откуда

. . nFpNSh

Вычисляем время At:

1 – e. es-104 -Si – • 10,5-103 �� • 12-50- 10″4м2′ 0,058- 10″3M

д*——————————— M—————————

108*10-3 кг/моль* 1,8 A

« 18 • 103 сй5ч,

33. ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ

Испускание электронов нагретыми телами назы­вается термоэлектронной эмиссией. Чтобы выле­теть из тела, преодолев силы притяжения со сторо­ны положительных ионов, электроны должны обла­дать достаточной-для этого кинетической энергией. При комнатной температуре таких электронов не­много, но с ростом температуры их число растет. Термоэлектронная эмиссия у металлов, например, наблюдается при температурах свыше 1000 К.

Работа, которую должен совершить термоэлек­трон, чтобы вылететь за пределы тела-эмиттера, называется работой выхода (Ав). Если энергия Е, сообщенная электрону при нагревании тела, пре­вышает работу выхода Ав, то электрон может выле­теть из тела.

Явление термоэлектронной эмиссии широко ис­пользуют в технике.

Вакуумный диод — это стеклянный или метал­лический баллон, из которого выкачан воздух и в который впаяны накаливаемый катод и холодный анод. При нагревании катода он начинает эмити­ровать электроны, и если включить диод в элек­трическую цепь, соединив катод с отрицательным полюсом источника, а анод — с положительным, то термоэлектроны полетят от катода к аноду: по цепи пойдет ток. Если же включить диод в обратном на­правлении, то термоэлектроны будут отталкивать­ся обратно к катоду, и ток через диод не пойдет. Благодаря односторонней проводимости диода его можно использовать для выпрямления переменного тока.

Электронно-лучевая трубка представляет со­бой стеклянный баллон, из которого выкачан воз­дух. Передняя стенка баллона покрыта люмино­фором, светящимся от ударов электронов. В проти­воположном конце баллона находится электронная пушка, основной частью которой является катод косвенного накала, эмитирующий электроны, из которых затем с помощью нескольких электродов формируется электронный луч. Для управления перемещения электронного луча по экрану исполь­зуют пары пластин — вертикально-отклоняющие и горизонтально-отклоняющие. Как правило, на вертикально-отклоняющие пластины подают на­пряжение, зависимость которого от времени нужно изучить, а к горизонтально-отклоняющим пласти­нам подключают генератор развертки.

Задача на движение частицы в однородном электрическом поле: В плоский конденсатор вле­тает электрон со скоростью v — 2 • 107 м/с, на­правленной параллельно обкладкам конденсатора. На какое расстояние Л от своего первоначального направления сместится электрон за время пролета конденсатора, если расстояние между пластинами d — 2 см, длина конденсатора I — 5 см и разность потенциалов между пластинами U = 200 В? Удель­ный заряд электрона — — 1,76 • 10й Кл/кг.

Решение: Направим ось ОХ вдоль движения электрона, а ось OY против направления линий на­пряженности поля конденсатора и расположим си­стему координат таким образом, чтобы, влетая в конденсатор, электрон находился в начале коорди­нат (рис. 15).

Вдоль ойи ОХ на электрон не действуют никакие силы, поэтому в этом направлении он будет дви­гаться равномерно со скоростью v. Отсюда время

/

его прохождения сквозь конденсатор t — -.

Физическая география часть 28

Рис. 16

Вдоль оси ОУ на электрон действует только од­на сила — сила со стороны электрического по­ля конденсатора, которая и смещает электрон от его первоначального направления, поэтому, соглас­но второму закону Ньютона, F — та. Так как F — Ее — где � — напряженность поля вну – Ue

три конденсатора, то — = та, откуда а

а « — = (�.)Ч.

dm \т J d

Согласно формуле перемещения для равноуско­ренного движения, смещение h можно определить:

л – «<! _ =

2 \m/ id \mj2do* Вычисляем расстояние h: I 1 та mil v / 200Щ5 ■ Ю”2 м)2

h – 1,76 • 10 Кл/кг——– Р——– f———– ; –

2 – 2 ‘ 10″2 м • (2 ■ 107 м/с)2

– 5,5- 10~3 м.

34. электрический ток в полупроводниках

Полупроводники по электропроводности зани­мают промежуточное положение между металлами и диэлектриками. Ток в полупроводниках — это упорядоченное движение электронов и дырок, воз­никающее под действием электрического поля. Со­противление полупроводников резко убывает с ро­стом температуры в отличие от металлов. На ри­сунке 16 показан график зависимости удельного со­противления полупроводника р от температуры Т.

Физическая география часть 28

Собственная проводимость полупроводников обычно невелика. При наличии примесей в полу­проводниках наряду с собственной проводимостью дополнительно возникает примесная.

Если в качестве примеси используется элемент, валентность которого на единицу меньше, чем ва­лентность данного полупроводника (акцепторная примесь), то для образования нормальных парно – электронных связей с соседними атомами атому примеси недостает одного электрона: в результате образуется дырка. Такие полупроводники называ­ют полупроводниками р-типа (основные носители заряда в них — дырки, неосновные — электроны). Если же валентность примеси на единицу больше, чем у полупроводника (донорная примесь), то один из электронов в атоме примеси, не участвуя в хи­мической связи, легко покидает атом и становит­ся свободным. Получается полупроводник п-типа (основные носители — электроны, неосновные — дырки).

Область контакта полупроводников двух типов называют р-п-переходом. При образовании та­кого контакта электроны начинают диффундиро­вать из полупроводника n-типа в полупроводник р-типа, а дырки — им навстречу. В результа­нте этого re-область заряжается положительно, а р-область — отрицательно, и появляется электри­ческое поле, которое прекращает диффузию элек­тронов и дырок. Если вклк>чить полупроводник с р-л-переходом в электрическую цепь, присоединив р-область к положительному полюсу, а и-область — к отрицательному (прямое включение), сопротивле­ние перехода будет незначительным. При обрат­ном включении р-н-переход практически не про­пускает тока. Это свойство используется в полупро­водниковых диодах.

Полупроводниковые диоды используются в электронной технике для выпрямления электриче­ского тока наряду с вакуумными двухэлектродны – ми лампами. Причем при производстве бытовой электроники лампы уже практически не использу­ются, поскольку полупроводниковые диоды облада­ют целым рядом преимуществ.

Например, для работы двухэлектродной лампы необходим специальный источник энергии для на­каливания нити катода (иначе не будет происхо­дить термоэлектронная эмиссия, и в лампе не по­явятся носители зарядов — термоэлектроны). Для полупроводниковых диодов подобного источника энергии не требуется, и при их использовании в достаточно больших и сложных схемах получается значительная экономия энергии.

Кроме того, при тех же значениях выпрямлен­ного тока полупроводниковые диоды значительно более миниатюрны, чем электронные лампы.

Описанные преимущества характерны ие толь­ко для диодов, но и для всех полупроводниковых устройств (например, транзисторов).

Однако, хотя полупроводниковые выпрямители обладают высокой надежностью и имеют большой срок службы, они могут работать лишь в ограни­ченном интервале температур (примерно от -70 до +125 °С).

35. ЭДС. ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ

Физическая величина, равная отношению рабо­ты стороннего поля по перемещению заряда к ве­личине этого заряда, называется электродвижущей силой:

� – —.

ч

Сторонним называется поле неэлектростатическо­го происхождения, работа которого по любой за­мкнутой цепи не равна нулю. Такое поле наря­ду с кулоновским создается в источниках тока: аккумуляторах, гальванических элементах, генера­торах и др. Именно стороннее поле компенсирует энергетические потери в электрической цепи.

Закон Ома для полной цепи определяет силу постоянного тока, который может поддерживаться при наличии источника тока в электрической цепи:

1 –

1 Я + г’

где R — внешнее сопротивление цепи, а г — вну­треннее сопротивление источника.

Закон Ома легко выводится, если учесть два мо­мента:

1. Полная работа тока в замкнутой цепи скла­дывается из работы кулоновского и стороннего по­лей: А — Акул + Act. но кулоновское поле потен­циально, и поэтому его работа по замкнутой цепи равна нулю. Значит, А = АСт>

2. Количество теплоты, выделяющееся в за­мкнутой цепи, определяется законом Джоуля – Ленца:

Q – lZRnt,

где Лп — полное сопротивление цепи Rn=R+r, at — время, в течение которого проходил ток по цепи.

Таким образом, А — Q — IzRnt-, но А = Аит, зна­чит, Act — I Rnt. Разделив обе части этого равен­ства на величину переносимого за время t заряда q, получим:

dp _ = {(В + г),

но � – —, значит, � – 1(R + г), или 1 – —.

q /Mr

Задача иа применение формул работы и мощ­ности электрического тока: ЭДС батареи � «* 16 В, внутреннее сопротивление г = 3 Ом. Найти сопро­тивление внешней цепи (рис. 17), если известно,

что в ней выделяется мощность Pi = 16 Вт. Опре­делить КПД батареи.

0,25; 0,75.

VI V2

/

Hh

Рмс. 17

Решение: Мощность, выделяемая во внешней части цепи (полезная мощность), равна Pi = I2R, где R — внешнее сопротивление цепи.

Силу тока найдем по закону Ома для полной це­пи:

Тогда

(Д + ‘Г

откуда

Rz + г-|^Я + г2 = 0.

Подставим числовые значения и решим квадрат­ное уравнение относительно R:

Получим два корня уравнения: » 1 Ом и

Да = 9 0м — это сопротивление внешней цепи.

КПД также будет иметь два значения, соответ­ствующие найденным значениям внешнего сопро­тивления цепи:

Я| „ _ Яг

VI

Вычислим их:

яГГг и ”2 7577-

Направление, которое при этом приобретает север­ный полюс магнитной стрелки (или нормаль к рам­ке с током), считают направлением вектора маг­нитной индукции В, который является силовой ха­рактеристикой магнитйого поля. Опыты показыва­ют, что максимальный момент сил, действующих на рамку с током в магнитном поле Мших. про­порционален силе тока 1 в рамке и ее площади S: Мmax ~ IS. Отсюда видно, что отношение

не зависит от свойств рамки, а характеризует само магнитное поле. Его и принимают за модуль маг – м

нитной индукции: В = Магнитная индукция

измеряется в теслах (Тл): 1 Тл = 1 —Н ‘” ..

1 А • 1 м

Наглядную картину магнитного поля получают, используя понятие о линиях магнитной индукции, касательные к которым в каждой точке направле­ны так же, как вектор В в той же точке. Эти си­ловые линии всегда замкнуты. Поля с замкнутыми силовыми линиями называют вихревыми, значит, и магнитное поле вихревое: это обусловлено отсут­ствием в природе магнитных зарядов (на которых силовые линии могли бы начинаться или заканчи­ваться).

Магнитное поле действует на движущийся со скоростью v заряд q с некоторой силой, называе­мой силой Лоренца:

FjI = qvB sin а (а — угол между V и В). Сила Лоренца всегда пер­пендикулярна как V, так и В.

Сила, с которой магнитное поле действует на прямолинейный проводник длиной /, по которому течет ток I (сила Ампера), вычисляется по закону Ампера:

Fa = Bllsina (а — угол между направлениями тока и В).

Направление сил Лоренца и Ампера определяет­ся по правилу левой руки: если левую руку распо­ложить так, чтобы линии индукции входили бы в ладонь, а четыре пальца были направлены по дви­жению положительных зарядов (или против движе­ния отрицательных), то отогнутый на 90° большой палец покажет направление действующей силы.

37. МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА

Когда вещество заполняет пространство вокруг проводника с током, то магнитное поле создается не только этим током, но и движением заряжен­ных частиц внутри атомов и молекул вещества — молекулярными токами.

Такая гипотеза бала выдвинута А. М. Ампером. Эта гипотеза утверждала, что магнитные взаимо­действия во всех случаях являются взаимодействи­ями токов. В настоящее время она подтверждена множеством экспериментов.

В отсутствии внешнего магнитного Поля созда­ваемые молекулярными токами поля оказываются скомпенсированными вследствие хаотического дви­жения атомов. Однако при наложении внешнего магнитного поля Во эта компенсация нарушается, и поле молекулярных токов изменяет индукцию магнитного поля в веществе: тело намагничивает­ся. Причем индукция магнитного поля в намагни­ченном веществе в одних случаях становится боль­шей, а в других — меньшей, чем Во.

Отношение индукции магнитного поля в одно­родной среде к индукции магнитного поля в ваку­уме называют магнитной проницаемостью среды:

D

ц = —. Эта величина как раз и характеризует маг-

В о

нитные свойства вещества и зависит от рода веще­ства и его состояния.

Большинство веществ являются слабомагнит­ными: их магнитная проницаемость слабо отлича­ется от единицы. Слабомагнитные вещества делят­ся на парамагнетики, которые несколько усилива­ют внешнее магнитное поле (их ц > 1), и дна – магнетнкн, несколько ослабляющие внешнее поле (/4 < 1).

Сильными магнитными свойствами обладают так называемые ферромагнетики (/t 1), причем:

— магнитная проницаемость зависит от ин­дукции внешнего поля;

— способность намагничиваться падает с уве­личением температуры и при определенном ее зна­чении (температура Кюри) исчезает вовсе;

— при выключении внешнего поля ферромагне­тик остается намагниченным.

38. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ

Явление порождения электрического поля пере­менным магнитным называется электромагнитной индукцией. Такое электрическое поле не связано с зарядами, его силовые линии замкнуты: оно явля­ется вихревым.

Поскольку это электрическое поле имеет неэлек­тростатическую природу, оно является сторонним, и его работа по замкнутой траектории отлична от нуля. При внесении в это поле замкнутого провод­ника в нем вследствие электромагнитной индукции возникает индукционный ток.

Как и всякое стороннее поле, вихревое электри­ческое характеризуется электродвижущей силой, называемой в данном случае ЭДС индукции.

Закон электромагнитной нндукцнн Фарадея: ЭДС индукции в замкнутом контуре �/ равна ско­рости изменения пронизывающего его магнитного потока Ф, взятой с обратным знаком, т. е.

�, – – А* Cl АГ

Потоком магнитной нндукцнн Ф через площад­ку S называют произведение Ф = BS cos a (a — угол между нормалью к площадке и вектором маг­нитной индукции В).

Значение закона электромагнитной индукции состоит в том, что он устанавливает связь между пе­ременным магнитным и вихревым электрическим полем. Теоретическое объяснение этого закона с позиций классической электродинамики было дано Дж. Максвеллом.

При сближении магнита с контуром необходи­мо совершить некоторую работу, поскольку возни­кающий в контуре индукционный ток будет оттал­кивать магнит, а при удалении магнита от конту­ра работа пойдет на преодоление притяжения, воз­никающего со стороны индукционного тока (этого требует закон сохранения энергии). Направление индукционного тока в контуре определяется пра­вилом Ленца. Возникающий в замкнутом конту­ре индукционный ток имеет такое направление, что созданный им поток магнитной индукции че­рез площадь, ограниченную контуром, стремится компенсировать изменение внешнего потока маг­нитной индукции, индуцирующего данный ток.

39. САМОИНДУКЦИЯ

Возникновение вихревого электрического поля и ЭДС индукции в том же самом проводнике, по которому течет переменный ток, называется само­индукцией.

Возникающее при самоиндукции электрическое поле препятствует изменению силы тока в провод­нике (это определено правилом Ленца). В слу­чае убывания тока вихревое электрическое поле его поддерживает, а в случае возрастания — препят­ствует ему. Вследствие этого при замыкании цепи определенное значение силы тока устанавливается постепенно, а при размыкании ток прекращается не сразу.

Поскольку, с одной стороны, модуль магнитной индукции В, создаваемый током /, пропорциона­лен силе тока (В ~ /), а с другой стороны, магнит­ный поток Ф пропорционален модулю индукции В (Ф ~ В), следовательно, магнитный поток пропор­ционален силе тока: Ф = L1. Коэффициент пропор­циональности L называют коэффициентом самоин­дукции или индуктивностью.

Индуктивность определяется размерами и фор­мой проводника, магнитной проницаемостью сре­ды.

Самоиндукция, естественно, подчиняется зако­ну электромагнитной индукции. Поэтому ЭДС са­моиндукции при неизменной индуктивности:

� – – Дф = _ Д(“> „ – L&1.

At At At*

Таким образом, ЭДС самоиндукции пропорцио­нальна индуктивности контура и скорости измене­ния силы тока в нем.

Можно провести аналогию между явлением са­моиндукции и явлением инерции в механике. При самоиндукции «роль» скорости играет сила тока, а «роль» массы — индуктивность. Используя эту аналогию, запишем, чему равна энергия проводни­ка индуктивностью L с током I (формула подобна

г/2

выражению для кинетической энергии): W «= —. Правильность полученного выражения строго под­тверждается.

Поскольку энергию тока можно выразить через магнитную индукцию, то данную энергию рассма­тривают и как энергию магнитного поля этого тока.

40. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ

Распространяющееся переменное электромаг­нитное поле является электромагнитной, волной. Процесс ее образования примерно таков. В провод­нике-источнике протекает переменный ток. Этот ток порождает в окружающем пространстве пере­менное магнитное поле. Это магнитное поле, в свою очередь, порождает переменное электрическое, ко­торое затем снова порождает магнитное, и т. д. Так и возникает система взаимно перпендикулярных периодически изменяющихся электрических и маг­нитных полей, которая захватывает все большие и большие области пространства.

Электромагнитное поле волны после излучения «отрывается» от источника и затем существует уже независимо от него как самостоятельный объект, обладая собственными характеристиками и свой­ствами. По этой причине можно назвать электро­магнитные волны свободными электромагнитными полями.

Основные свойства электромагнитных волн:

— могут распространяться не только в различ­ных средах, но и в вакууме; ‘

— их скорость в вакууме — фундаментальная физическая константа с и 3 • 10я м/с. В любой среде их скорость меньше;

— они поперечны, векторы Ё и 8 в электро­магнитной волне перпендикулярны направлению ее распространения;

— их интенсивность увеличивается с ростом ускорения излучающей заряженной частицы, при­чем интенсивность волны пропорциональна че­твертой степени частоты колебаний излучающей заряженной частицы;

— при определенных условиях проявляют ти­пичные волновые свойства (например, в явлениях отражения, преломления, дифракции, интерферен­ции, поляризации);

— волны с частотами 4-J-8* 10^ Гц вызывают у человека ощущения света.

Способность электромагнитных волн отражать­ся от различных объектов используется при радио­локации: локатор посылает волну, которая, отра­зившись от цели, возвращается обратно. По време­ни прохождения волны t вычисляется расстояние до цели: R —

41. РАДИОТЕЛЕФОННАЯ СВЯЗЬ

Передача речи, музыки и других звуков на рас­стояние с помощью электромагнитных волн полу­чила название радиотелефонной связи. Для ее осу­ществления звуковые колебания воздуха с помо­щью микрофона превращают в электрические коле­бания той же формы. Однако частота этих электри­ческих колебаний слишком низкая для излучения электромагнитных волн. Поэтому в радиопередат­чике используют генератор высокой — несущей — частоты, и у этих высокочастотных колебаний из­меняют какой-либо параметр (амплитуду, частоту) синхронно с колебаниями, приходящими от микро­фона. То есть высокочастотные колебания модули­руют с помощью электрических колебаний низкой частоты.

Модулированный сигнал подается на передаю­щую антенну и вызывает в окружающем простран­стве быстро изменяющееся электромагнитное поле. Это поле распространяется в виде электромагнит­ной волны и, достигая приемной антенны, вызы­вает в ней вынужденные электрические колебания той же частоты. Далее в приемнике из этих коле­баний выделяется сигнал звуковой частоты — про­изводится демодуляция (детектирование), на ко­торый усиливается и подается громкоговоритель, преобразующий электрические колебания в меха, нические той же частоты: приемник звучит.

Для амплитудной модуляции в передатчике по­следовательно с колебательным контуром генерато­ра высокой частоты включают вторичную обмотку трансформатора, на первичную обмотку которого подается сигнал звуковой частоты.

Для настройки приемника на несущую частоту используют колебательный контур. Изменяют ем­кость или индуктивность в контуре до совпадения его собственной частоты с несущей, когда вслед­ствие резонанса резко возрастает напряжение сиг­нала данной частоты.

При детектировании сначала с помощью де­тектора (например, диода) получают пульсирую­щий ток, а затем его сглаживают с помощью кон­денсатора, который играет роль фильтра.

42. СПЕКТР ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Совокупность всех электромагнитных излуче­ний: низкочастотных и радиоволн, инфракрас­ных, видимых, ультрафиолетовых, рентгенов­ских и гамма-лучей называют спектром электро­магнитных излучений (или шкалой электромагнит­ных волн).

Все эти излучения имеют общую — электромаг­нитную — природу, а границы между соседними участками спектра весьма условны, и в ряде случа­ев соседние участки «пересекают» друг друга. Ско­рость распространения этих излучений в вакууме

одна и та же — с И 3 • 108 м/с. Но из-за огромного

20

диапазона частот (от единиц герц до 10 Гц и бо­лее) они проявляют и качественно разные свойства. Кроме того, по мере перехода от низкочастотных к высокочастотным излучениям волновые свойства проявляются все слабее, а квантовые — все силь­нее.

Низкочастотные волны (частота не более 30 кГц) слабо поглощаются землей и водой и по­этому применяются при подземной и подводной ра­диосвязи.

Радиоволны (3 • 104 4- 3 • 1012 Гц) применяются в радиосвязи, телевидении, радиолокации и радио­астрономии.

Инфракрасное (ИК) излучение (3 • 1011 4- -5-4 • 1014 Гц) используется в ИК-спектроскопии, ИК-фотографии, в приборах ночного видения, а также для нагрева и сушки овощей и фруктов, ла­кокрасочных покрытий.

Видимый свет (4 4- 8 • 1014 Гц) находит много­численные применения.

Ультрафиолетовое (УФ) излучение (8 • 1014 4- 4-3 • 10 Гц) используют в УФ-спектроскопии, в люминесцентных лампах, в криминалистике, ис­кусствоведении, медицине.

Рентгеновское излучение (3,7 • Ю15 4- 3 • Ю20 Гц) широко используется в медицине, в рентгенострук- турном анализе, в дефектоскопии, в других отрас­лях экономики.

Гамма-излучение (3 • 1019 Гц и более) обладает наибольшей проникающей способностью и исполь­зуется в медицине, в промышленности и сельском хозяйстве, в астрономии, в ядерной физике.

43. ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

ТРАНСФОРМАТОР

Генератор переменного тока — устройство, пре­образующее какую-либо энергию в электрическую. Например, электромеханический индукционный генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Основные части такого генерато­ра — это индуктор-магнит и якорь-обмотка. При относительном вращении якоря и индуктора маг­нитный поток, пронизывающий обмотку постоян­но изменяется, что и приводит к появлению в яко­ре ЭДС индукции. При частоте вращения и> маг­нитный поток изменяется с течением времени так: Ф — BS cos ujt. ЭДС индукции в этом случае будет равна: е — – Ф’ — BSlj cos и t. Эта ЭДС по закону Ома приводит к возникновению гармонически из­меняющегося переменного тока.

Переменный ток используется в осветительной сети квартир, на заводах и фабриках и т. д. Он представляет собою вынужденные колебания, при которых сила тока и напряжение меняются по гар­моническому закону. Частота промышленного тока в нашей стране 50 Гц.

Генераторы переменного тока устанавливают на электростанциях. Электростанции же строятся в тех местах, где близки источники топливных и ги­дроресурсов. Однако потребители электроэнергии имеется всюду, поэтому важной задачей является передача электроэнергии на большие расстояния по линиям электропередач (ЛЭП).

При передаче электроэнергии от электростан­ций к потребителям часть энергии теряется за счет нагрева линий. Снизить эти потери можно, уменьшая силу тока в линиях передач, поскольку Q – I2Rt.

Трансформатор преобразует переменный ток од­ного напряжения в переменный ток другого напря­жения без потери мощности. Поскольку потерь

мощности нет, то есть I\U\ —I2U2, то г-—’-^. Зна-

h i’i

чит, во сколько раз трансформатор повысит напря­жение, во столько же раз уменьшится сила тока.

Трансформатор состоит из замкнутого стально­го сердечника, на который надеты две катушки с обмотками: первичной (подключенной к источни­ку) и вторичной (куда подключается потребитель). Когда по первичной обмотке проходит переменный ток, в сердечнике появляется переменное магнит­ное поле. Оно наводит ЭДС индукции в каждой из обмоток. Когда вторичная обмотка разомкнута (ре­жим холостого хода), ™ �2. Вследствие малого сопротивления первичной обмотки U1 й! �\. Но поскольку каждая из ЭДС пропорциональна числу витков N1 и N2, то

где К — коэффициент трансформации. Если К > 1 — трансформатор понижающий, при К < 1 — трансформатор повышающий.

44. ФОТОЭФФЕКТ

Испускание электронов телами под действием света называется фотоэффектом. Исследования фо­тоэффекта были выполнены А. Г. Столетовым, а за­тем Ф. Э. А. Ленардом, и в результате открыты за­коны фотоэффекта: