На этот раз – самую малость!

Что такое электротехника?

Электротехника – это отрасль знания, изучающая практические способы получения электрической энергии и превращения ее в другие виды энергии и в механическую работу.

С одной стороны, электротехника, следовательно, учит, как получить электрическую энергию с помощью химических реакций, как превратить в нее механическую энергию пара, падающей воды, ветра и т. д., а с другой стороны, она указывает, как полученную электрическую энергию снова обратить в работу (электромоторы), теплоту (электрические печи), свет (электрическое освещение), звук (телефон) и прочие виды энергии.

Первой возникла и развилась электротехника слабых токов, начавшаяся устройством телеграфа и других сигнальных приборов. В ней источником тока (длительного разряда) служат гальванические элементы (не смешивайте это название с понятием о химических элементах – простых неразлагаемых веществах) и аккумуляторы. Устройство последних и обращение с ними доступно лишь более опытным любителям, а потому я о них говорить не стану. Нам для нашей «комнатной электротехники» будет совершенно достаточно гальванических элементов, тем более что они имеются налицо в каждой квартире, в которой есть электрический звонок, и, кроме того, в виде сухих батареек широко распространены как источник тока в карманных электрических фонариках.

В гальванических элементах электрическая энергия образуется при совершении некоторых химических процессов, обычно при действии кислот и растворов солей на металлы, чаще всего на цинк. При этом металл приобретает отрицательный заряд, а действующая на него жидкость и опущенное в нее проводящее ток вещество, не вступающее с ней в химическую реакцию[18], заряжаются положительно. Таким веществом обыкновенно служит уголь (кокс). Цинк будет отрицательным электродом (полюсом) элемента, а уголь – положительным. В цепи, т. е. в проводах и включенных в провода приборах (например, в звонке), ток условно принимается идущим от положительного полюса к отрицательному (следовательно, внутри элемента от цинка к углю).

Разность напряжений тока на электродах элемента – в зависимости от устройства последнего – меняется в пределах от одного (и немногим меньше) до двух (и немногим больше) вольт, а сила тока, т. е. максимальное количество электричества, ежесекундно протекающее по проводнику, зависит от размеров электродов и может доходить до 5–10–15 и более ампер. В цепи же сила тока зависит от сопротивления приборов: при неизменяющемся напряжении (вольтаже) она тем меньше, чем больше сопротивление цепи прохождению тока.

Рис. 33

Если соединить между собой два и более элементов последовательно (рис. 33 А), т. е. отрицательный полюс первого с положительным полюсом второго, отрицательный второго – с положительным третьего и т. д., чтобы ток шел из одного элемента в другой, то разность напряжений на крайних электродах такой батареи (ее вольтаж) будет почти равен произведению вольтажа одного элемента на число их в батарее; а если напряжения элементов различны – то сумме их. Если же соединить между собой элементы параллельно, т. е. все положительные полюса друг с другом и все отрицательные полюса также друг с другом, то напряжение батареи (ее надо составлять из элементов одинаковой разности потенциалов) не увеличится в сравнении с напряжением одного элемента, но сила тока будет равна сумме сил тока всех соединенных элементов – опять же приблизительно (рис. 33 В).

Как же поступить, если нам надо увеличить и силу тока в цепи, и его напряжение?

Думаю, что читатель и сам сообразит, что в этом случае надо прибегнуть к так называемому «смешанному» соединению, последовательно соединяя в общую батарею несколько групп элементов, уже соединенных между собой параллельно.

Так, например, соединяя по два элемента рядом (параллельно), вводят обе группы как отдельные элементы в соединение одну за другой (последовательно). При этом и сила тока, и его напряжение станут почти вдвое больше, чем вольтаж и ампераж одного из таких элементов, составляющих батарею.

Кружками на чертеже условно обозначены сосуды элементов, черными прямоугольниками – угольные (положительные) электроды, серыми – цинковые (отрицательные), черными линиями – провода, а стрелками – направление в них тока.

Так как при химических реакциях в гальванических элементах выделяющиеся вещества могут дать ток в обратном направлении главного тока (поляризованный ток), то в элементы вводят так называемые деполяризаторы, химически связывающие вещества, дающие поляризованный ток и тем ослабляющие последний.

Систем гальванических элементов существует великое множество, что указывает на отсутствие между ними вполне безукоризненной.

Для наших целей наиболее удобными (или, быть может, правильнее – наименее неудобными) являются элементы Лекланше и так называемые сухие для случаев, когда ток нужен на очень короткие промежутки времени, а также Гренэ – для случаев более длительного действия тока.