В установках высокого напряжения (тысячи, десятю или даже сотни тысяч вольт) выключение тока произво дится посредством масляных выключателей- масляников (рис. 2-10). В них разрыв цепи тока произ водится в жидком минеральном масле, являющемся пре красным изолятором. Такие выключатели могут разрывап цепь, когда в ней течет ток в тысячи ампер.

Масляные выключатели имели одно время повсемест ное распространение как единственные прерыватели токог высокого напряжения. Однако они обладают большими не достатками: например, масло способно воспламеняться

Рис. 2-12. Разъединитель,

под длительным действием электрической искры (или электрической дуги). Поэтому за последние 10-15 лет стал.! широко применяться особые конструкции мощных выключателей с воздушным дутьем (рис 2-11).

Кроме выключателей, в сетях высокого напряжения бывают установлены разъединители (рис. 2-12). Ohii служат для производства переключений и разъединении проводов только тогда, когда в цепи нет тока.

При попытке отключить разъединителем провода, когда по ним проходит ток, между его концами может обра зоваться большая искра, переходящая в дугу, соединяющую концы разорванной цепи проводов. Горение такой дуги может причинить серьезные повреждения.

Потребитель. Рассмотрим теперь ту часть схемы, которую мы называем потребителем или нагрузкой. В нашей схеме (рис. 2-1) в качестве потребителя показаны лампы накаливания.

Когда цепь тока замыкается через тонкую нить лампы, эта нить накаливается и начинает светиться. Для того чтобы предотвратить сгорание нити, ее заключают в стеклянную колбу, внутри которой нет кислорода, необходимого для всякого горения.

В современных лампах не ограничиваются удалением кислорода и других вредных газов, а заполняют колбы азотом или аргоном, т. е. газами, неспособными ПОД- Павел Николаевич Яблочков держивать горение. Если (1847-1Ь94 гг.).

лампочка в конце концов перегорает, то это происходит от распыления металлического волоска под влиянием электрических сил или же вследствие его поломки.

Электрическое освещение было изобретено и впервые применено в России.

Еще в 1802 г. акад В. В. Петров сделал такое открытие- замыкая цепь мощных (по тем временам) гальванических элементов, он наблюдал возникновение пламени (электрическая дуга) между соприкасающимися, а потом слегка раздвигаемыми >1лями.

Он так описывал свое наблюдение- .. является между ними (между углями) весьма яркий белого цвета свет пли пламя, от которого оные угли скорее или медленнее загораются и от которого темный покой (комната) довольно ясно освещен быть может .

В 1876 г. русский изобретатель П. Н. Яблочков применил дугу Петрова для электрического освещения. Электрические свечи Яблочкова получили широкое применение, и За границей электрическое освещение назвали русским светом (рис. 2-13).

Лампа накаливания также была изобретена русским инженером А. Н. Лодыгиным (в 1874 г.); первоначально Ней применялась угольная нить, накаливаемая током.

г

Рис 2-13 Одна из центральных улиц в Париже, освещенная свечами Яблочкова

в конце прошлого века

2-3. ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Приключим к генератору две лампы так, как это показано на рис 2-14 Обе лампы при этом окажутся под одним напряжением, равным напряжению питающего их источника (генератора или сети) Ток в лампах при этом, чонечно будет разным, если различны сами лампы

Рис 2 14 Две одинаковые лампы мощностью по 100 вт каждая присоединены к сети на пряжением 100 в

Ток протекающий из сети к лампам равен 2 а Он раз ветвляется в узлах между которыми включены лампы со своими измерительными приборами (амперметрами) По каждой ветви проходит ток 1 а

Цепь, показанная на рис 2 14, это разветвленная цепь

Точки цепи, к которым сходится несколько проводов, называют узлами Участки цепи, соединяющие между собой узлы, называют ветвями В пределах каждой ветви ток имеет одинаковое значение Показание амперметра поэтому не зависит от места его включения в данной ветви

Ветви, которые всегда находятся под одинаковыми напряжениями, называются параллельными.

На рис 2 14 лампы включены параллельно На рис 2-15 показана еще более сложная цепь - она содержит четыре лампы, предназначенные для параллельного включения

Все лампы изготовлены для напряжения 100 в Это значит, что при включении к сети 100 ватная лампа будет потреблять мощность 100 вт, а 300 ватная лампа - 300 вт.

Если все лампы выключены, тока в цепи не будет, Н' напряжение в цепи может существовать. Это можно сраЕ нить с паровой установкой при закрытом трубопровода давление внутри котла и в трубопроводе до закрытого вен тиля может быть очень большим, но движения пара нет- вентиль закрыт.

Пусть напряжение цепи (измеряемое вольтметром) равно 100 в. Это же напряжение будет иметь каждая ir включенных ламп.

100 вт 100 вт 100 вт 300 вт Рис. 2-15. Осветительная установка.

Поворотом выключателей лампы соединяются гпраллельно одна другой. На cxeifc показаны генератор Г, измерительные приборы (вольтметр V и пять амперметре-: Л), лампы накаливания и выключатели

Начнем теперь включать лампы и будем следить за показанием электроизмерительных приборов.

Включим одну 100-ваттную лампу, повернув соответственным образом выключатель (как это показано пг схеме). Лампа начнет светиться. Стрелка амперметра 2, включенного вслед за этой лампой , сойдет с нулевого положения и будет показывать 1 а. То же самое будет показывать и амперметр 1, включенный около генератора до ответвления цепи к первой лампе.

Повернем выключатель второй 100-ваттной лампы Стрелка амперметра 5, включенного последовательно с этой лампой, отклонится, и прибор покажет, что через ламп) проходит ток 1 а. Амперметр/, включенный около генератора, покажет теперь 2 а: через генератор проходят ток пер'

1 На практике не включают амперметр перед каждой лампой в этом нет необходимости Но осуществить соединение по схем* рис. 2-15, конечно, очень ле1ко.

вой лампы (I а) я ток второй лампы (1а). Ток, протекающий через генератор, равен их сумме:

la-f- \а = 2а.

Попробуйте самостоятельно ответить на вопрос: что будут показывать амперметры /, 4 и 5 после включения третьей и четвертой ламп?

2-4. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

Проделаем еще один опыт. Возьмем несколько одинаковых ламп и включим их одну вслед за другой (рис. 2-16). Такое соединение называют последовательным.

Рис. 2-16. Генератор питает две последовательно включенные лампы.

На схеме показаны амперметр и три вольтметра; один измеряет общее напряжение, два других измеряют напряжение на каждой из ламп.

Его следует отличать от ранее рассмотренного параллельного соединения.

При последовательном соединении нескольких участков Цепи (скажем, нескольких ламп) ток в каждом из них одинаков.

Те участки цепи, по которым всегда проходят одинаковые токи, называются последовательными.

Итак, возьмем две стоваттные лампы, такие же, какие были рассмотрены в предыдущем опыте, и включим их последовательно к генератору с напряжением 100 в.

Лампы будут еле светиться, их накал будет неполным. Почему? - Потому, что напряжение источника (100 в) Разделится поровну между обеими последовательно вклю-ч енными лампами. На каждой из ламп теперь окажется напряжение уже не 100, а только 50 в.

Тон

Генератор

г-о-о-о-о-о^-

Рис. 2-17. Последовательное включение ламп в трамвайном вагоне.

Напряжение на лампах одинаково потому, что мы взяли две одинаковые лампы. Если бы лампы были неодинаковы, общее напряжение 100 в разделилось бы между ними, но уже не поровну: например, на одной лампе могло бы оказаться 70 в, а на другой 30 в.

Как мы увидим впоследствии, более мощная лампа получает при этом меньшее напряжение. Но ток в двух последовательно включенных даже разных лампах остается одинаковым. Если одна из ламп перегорит (порвется ее

волосок), погаснут обе лампы.

На рис. 2-16 показано, как нужно включить вольтметры, чтобы измерить напряжение на каждой из ламп в отдельности.

Опыт показывает, что напряжение на внешних зажимах последовательных участков цепи всегда равно сумме напряжений на отдельных участках.

Лампы горели нормально, когда через них проходил ток 1 а, но для того чтобы такой ток проходил через лампы, нужно было приложить к каждой из них напряжение 1.00 е. Теперь напряжение на каждой из ламп меньше 100 б, и ток, идущий через них, будет меньше 1 а. Он будет недостаточным, чтобы раскалить нить лампы.

Будем теперь регулировать работу генератора: будем повышать его напряжение. Что при этом произойдет? Вместе с увеличением напряжения увеличивается ток.

Лампы начнут ярче светиться. Когда, наконец, мы поднимем напряжение генератора до 200 в, на каждой из ламп установится напряжение 100 в (половина обшего напряжения), и через лампы будет проходить ток 1 а. А это и есть условие их нормальной работы. Обе лампы будут гореть с полным накалом и потреблять нормальную для них мощность 100 sr. Общая мощность, отдаваемая при этом генератором, будет равна 200 вт (две лампы по 100 вт каждая).

Можно было бы включить последовательно не две лампы, а десять или пять. В последнем случае опыт показал бы нам, что лампы будут гореть нормально, когда общее напряжение будет увеличено до 500 в. При этом напряже-

ние на зажимах каждой лампы (все лампы мы предполагаем одинаковыми) будет 100 в. Ток в лампах будет и теперь равен 1 а.

Итак, мы имеем пять ламп, включенных последовательно; все лампы горят нормально, каждая из них при этом потребляет мощность 100 вт, значит общая мощность будет равна 500 вт.

Последовательное соединение ламп применяется при освещении трамвайных вагонов: последовательно включают пять одинаковых ламп, рассчитанных каждая на 120 в. При этом общее напряжение должно составлять:

120 <?Х 5 = 600 в.

Шестьсот вольт - это как раз напряжение между трамвайным проводом и рельсом, проложенным в земле. Рельс служит обратным проводом (рис. 2-17). Путь тока в этом случае, как видно из чертежа, такой: генератор, воздушный провод, дуга трамвая, провода и нити ламп, колеса, рельсы и опять генератор.

Если при этом через цепь ламп будет протекать ток 0,5 а, мощность, потребляемая ими, будет равна 300 вт (по 60 вт на лампочку).

2-5. ВКЛЮЧЕНИЕ АМПЕРМЕТРА И ВОЛЬТМЕТРА

В рассмотренных примерах электрических цепей все приборы для измерения тока (амперметры) были соединены последовательно с тем участком цепи, ток в котором нужно было измерить, т. е. последовательно с генератором или лампами. Напротив, все приборы для измерения напряжения (вольтметры) были включены параллельно тем участкам цепи, напряжение которых нужно было измерить, т. е. параллельно генератору или лампам. Это является общим правилом.

Амперметр всегда включается последовательно с теми приборами или машинами, ток которых он измеряет. Наоборот, вольтметр всегда включается параллельно тем приборам или машинам, напряжение на которых он измеряет.

2-6. МОЩНОСТЬ

Мы видели (§ 2-3), что в случае параллельного вклю-Чения ламп

при неизменности общего напряжения потребляемая мощность возрастает прямо пропорционально току.

Иными словами, двукратное увеличение мощности связано с двукратным увеличением тока, трехкратное увеличение мощности - с трехкратным увеличением тока.

Когда у нас был включен потребитель мощностью 100 вт при напряжении 100 в, ток был 1 а, при 200 вт- ток 2 а, при 300 вт - ток 3 а, при 600 вт- ток 6 а. А если бы мы включили 50-ваттную лампу на напряжение 100 в, ток бы бы всего полампера (0,5 а).

Из опытов, рассмотренных в § 2-4, можно было заметить, что при одном и том же токе (в наших примерах 1 а) мощность возрастает вместе с ростом напряжения Или, говоря другими словами,

при неизменности тока потребляемая мощность прямо пропорциональна напряжению.

Итак, мощность зависит от тока и напряжения. В одном случае (неизменяющееся напряжение) мощность прямо пропорциональна гоку. В другом случае (неизменяющийся ток) мощность прямо пропорциональна напряжению.

Сопоставляя оба эти вывода, можно заключить, что

мощность определяется произведением тока и напряжения.

Если мощность выражать в ваттах, ток и напряжение- в амперах и вольтах, то мы можем записать формулу мощности электрического тока так:

мощность = ток X напряжение.

Пользуясь буквенными обозначениями для мощности Р, для тока /, для напряжения U, эту формулу можно записать так:

2-7. СОПРОТИВЛЕНИЕ

Мы уже упоминали, что при последовательном включении ламп все лампы должны быть одинаковыми. Что же будет, если мы включим последовательно разные лампы?

Возьмем для примера одну лампу в 50 вт и одну лампу в 100 вт, рассчитанные на 120 в, и включим их последовательно к генератору с напряжением 240 о.

Получим ли мы теперь на каждой из ламп половинное напряжение, т. е. 120 е? Нет. На 100-ваттной лампе напряжение будет всего лишь 80 в, а на 50-ваттной напряжение будет равно 160 в. Складывая эти напряжения 80 е-ЫбОе, мы получим в сумме 240 в, т. е. как раз напряжение источника .

Но как объяснить, что напряжение на одной лампе получается больше, чем на другой?

На этот вопрос отвечают так: лампы оказывают различное сопротивление прохождению тока, а ток в обеих лампах одинаковый (лампы включены последовательно); чтобы заставить один и тот же ток пройти через лампы с разными сопротивлениями, нужно затратить разные напряжения.

В нашей первой схеме (параллельное включение) мы видели, что при одном и том же напряжении через лампу меньшей мощности проходил и меньший ток. Даже можно сказать точнее: через лампу, мощность которой в 2 раза меньше, проходил ток, также в 2 раза меньший. Значит, эта лампа оказывала в 2 раза большее сопротивление прохождению тока.

Если теперь лампы включены последовательно, тот же самый ток, который прошел через первую лампу, должен пройти через вторую. Но сопротивление одной лампы в 2 раза больше сопротивления другой, поэтому иа лампу с большим сопротивлением (и меньшей мощностью) придется в 2 раза большее напряжение.

Понятие сопротивления играет в электротехнике очень важную роль. Дадим более точное определение этого понятия.

Сопротивлением какого-либо участка электрической цепи называют отношение напряжения на этом участке цепи к току, проходящему по этому учаЙку.

Иначе говоря,

напряжение

сопротивление^-- .

1 Здесь цифры не совсем точны' Они были бы верны в том случае, если бы сопротивление ламп не менялось от напряжения. На самом Деле это не так (§ 2-11).