Разбор конкретных схем.
Фонарик.
Что нам нужно? Чтобы светилась лампочка. Что для этого требуется? Энергия. Где ее взять? Раз лампа “работает от электричества”, очевидно, в электрической батарейке.
Батарейка - наш источник энергии. На ее отрицательном (нижнем по схеме) выводе образуется избыток электронов, на положительном - недостаток. То есть, разность потенциалов. И если замкнуть выключатель, через него и лампу пойдет ток - двинутся электроны от минуса к плюсу. От проходящих через спираль лампы электронов, спираль раскалится и начнет светиться.
Стрелка на схеме показывает направление тока - обратное движению электронов. Такой косяк возник из-за того, что ток начали изучать раньше, чем обнаружили, что его носителем чаще всего являются электроны - отрицательно заряженные частицы.
Мост.
Есть две набережные одинаковой длины - R1R4 и R2R5. Между ними мост R3.
Вы едете, допустим, по верхней набережной, забитой машинами. Скорость движения - еле-еле. Доезжаете до моста R3, и решаете - а стоит ли переезжать на другой берег? В каком случае переезд не имеет смысла?
В случае, когда скорость движения автомобилей по обоим набережным одинакова. Допустим, верхняя набережная вся трехполосная, а нижняя - однополосная. Но скорость - одинаковая. Ибо на широкой машин больше. Такая ситуация в электронике называется балансом моста.
Другое дело, если участок R2 однополосный, а R5 - трехполосный. Тогда часть транспорта с верхней набережной переедет на более свободную нижнюю.
То же самое будет происходить, если трехполосная R1 будет переходить в однополосную R4. Наверху, в районе сужения будет полный капец, и часть машин неизбежно двинется по мосту.
Каково условие баланса моста? Соотношение R1/R4 должно быть равно R2/R5. То есть, напряжение в точках соединения R1 R4 и R2 R5 должно быть одинаковым. Применительно к транспортным потокам - должны быть одинаковые проблемы в этих точках. Например, если наверху четыре полосы переходят в две, а внизу две полосы переходят в одну - и там и там одинаковые пропорции: трафик удваивается, скорость падает вдвое. Аналогичная картина будет при одинаковом увеличении количества полос наверху и внизу.
Иногда мостовые схемы рисуют так:
R2 здесь переменный. Им можно так отрегулировать мост, чтобы разность потенциалов (напряжение) на концах вольтметра было равно нулю.
Радио.
Нейтральное тело (1), как мы помним, содержит одинаковое количество заряженных частиц - положительных протонов в ядрах атомов, и отрицательных электронов на орбитах вокруг атомов.
В металлах крайние (самые удаленные от ядра) электроны покидают свои атомы и блуждают в толще, перемещаясь между узлами кристаллической решетки, образованной атомами. Такие обобществленные электроны называются свободными. Собственно, они и обеспечивают проводимость металла, направленно двигаясь под воздействием электрического поля.
Недостаток электронов в проводнике означает, что протонов на его поверхности больше, поэтому такое тело заряжено положительно. Если же электронов излишек, тело заряжено отрицательно.
Мы знаем, что противоположные заряды притягиваются, а одноименные - отталкиваются. Поэтому, когда рядом с нейтральным телом появляется тело, заряженное положительно, электроны нейтрального тела смещаются ближе к последнему.
Если же рядом с нейтральным находится тело заряженное отрицательно, электроны нейтрального тела наоборот, удаляются от него. Это явление называется электрической индукцией. Именно электрическая индукция лежит в основе радиосвязи.
Разместим параллельно друг другу два проводника, разрезанных посередине (1).
Подключим батарею к двум нижним отрезкам проводника, плюсом справа (2). В момент подключения, из-за электрической индукции, по верхнему проводнику потечет кратковременный ток: электроны с левого плеча верхнего проводника начнут перемещаться на правое - отталкиваясь от минуса и притягиваясь плюсом нижнего проводника. Стрелка показывает направление тока при этом - противоположно направлению электронов (этот косяк обговаривался выше). После того, как электроны перераспределились, ток в верхнем проводнике прекращается (3). Но мы можем перевернуть батарейку (4) и вызвать "перебегание" электронов в обратную сторону. Таким образом, регулярно меняя напряжение на нижнем проводнике, мы получаем ток в верхнем проводнике, не имеющем контакта с нижним. А это, собственно, и есть радиопередача и радиоприем.
Нижний проводник - передающая антенна, верхний - приемная. Такой тип антенн называется полуволновым вибратором. Почему?
Понятно, что чем чаще мы будем переключать полюса батарейки, тем больше будет ток в приемном (верхнем) проводнике (так как ток появляется только в моменты переключения). Длина же самих отрезков провода (плеч вибратора) должна быть выбрана такой, чтобы переключение полярности происходило в моменты, когда электрический импульс достигает их концов. При подключении батарейки к плечам передающей антенны, заряд распространяется по нему не мгновенно, а примерно со скоростью света - 300 000 000 метров в секунду. И если общая длина антенны выбрана, к примеру, 1,5 метра, мы должны переключать батарейку с частотой 100 000 000 раз в секунду. То есть, с частотой 100 мегагерц. Только на этой частоте передающая антенна будет работать, как говорят, в резонанс.
Понять механизм явления несложно. Нужно набрать в ванну воды, примерно до половины ее уровня. Взять какой-нибудь более-менее плоский предмет - разделочную доску, тарелку и т.п., и погрузить его в воду вертикально, посередине ванны (1). После этого движениями вправо - влево необходимо начать так раскачивать массу воды в ванне, чтобы когда на одном конце ванны уровень воды был максимальным, на втором - минимальным (2, 3). Со временем вы почувствуете частоту, с которой это необходимо делать. Это и есть резонансная частота для данной длины ванны.
Если вы попробуете раскачивать предмет с другой частотой, заметите, что не получится такой резонансной картины, такого перепада высот воды. И такая раскачка, не в резонанс, требует больших усилий. При резонансе же, рука сама идет в такт волнам.
Понятно, если ванна будет длиннее (4, 5), волна из конца в конец будет "гулять" дольше, и качать придется с меньшей частотой. То есть, частота обратна длине волны.
При короткой же ванне, для попадания в резонанс, раскачивать придется чаще.
Сдвинув две ванны (6), можно заметить, что длина волы в каждой из них равна половине полной длины волны - от впадины до впадины. То есть в одной ванне - половина волны. То же самое происходит в антенне - полуволновом вибраторе при попадании в электрический резонанс. Только по антенне туда - сюда перемещается волна электронов.
Теперь попробуем эту волну передать. Возьмем отрезок гибкого шланга, заткнем его с обеих сторон, а посередине разместим поршень (1).
Перемещая поршень вверх-вниз (с резонансной частотой!), мы получим сжатие и растяжение противоположных концов шланга (2, 3). Эти деформации шланга вызовут волны в среде. Причем, волны будут отходить от нашего шланга-вибратора перпендикулярно (4). Эти волны, дойдя до пассивного вибратора-приемника (5), вызовут сокращения-растяжения его концов. За счет чего, начнет перемещаться вверх-вниз поршень приемника. Передача осуществлена. Точно так же происходит передача и прием радиоволн.
