Т-142. Реактивные сопротивления XL и Хс сильно зависят от частоты, и при её изменении в цепях с L или С меняются напряжения, токи и фазовые сдвиги. Индуктивное сопротивление катушки растёт с увеличением частоты f подводимого к ней напряжения, а ёмкостное сопротивление конденсатора падает с увеличением частоты f. Поэтому в полном соответствии с законом Ома при изменении частоты должны меняться токи и напряжения, которые зависят от реактивных сопротивлений. В качестве примера для начала посмотрим, как это всё получается в простейшей последовательной RС-цепочке (Р-65) на двух разных частотах f1 и f2, притом что f1 < f2.
Будем считать, что генератор поддерживает неизменной амплитуду своей электродвижущей силы, что она не меняется при всех наших экспериментах и, в частности, не изменяется при перемене частоты генератора. Исходя из этого, построим две векторные диаграммы — для низкой частоты f1 и для высокой f2. Сравнение двух векторных диаграмм показывает, что в последовательной RC-цепи с увеличением частоты роль конденсатора снижается — его ёмкостное сопротивление Хс падает, напряжение на нём становится меньше, обусловленный присутствием конденсатора сдвиг фаз между общим током и общим напряжением тоже уменьшается, вся последовательная цепь в большей мере ведёт себя как чисто активное сопротивление.
ВК-166.Вещества, создающие электрические заряды в электродах гальванического элемента, формируются при его изготовлении. Разряжаясь, гальванический элемент расходует их для создания тока в нагрузке. Для такого элемента выбраны дешёвые химические вещества и процессы, которые, в отличие от аккумулятора, не предусматривают возможность восстановить первоначальное состояние, то есть возможность зарядки. Поэтому полностью разрядившийся гальванический элемент считают более непригодным и просто выбрасывают.
Построив аналогичные две векторные диаграммы для последовательной RL-цепи, мы обнаружим обратную картину. С ростом частоты индуктивное сопротивление катушки XL растёт, роль индуктивности L возрастает, напряжение на ней увеличивается, растёт обусловленный индуктивностью сдвиг фаз между общим током и общим напряжением, всё в меньшей мере чувствуется присутствие активного сопротивления R, вся цепь в большей степени ведёт себя как чистая индуктивность.
То, что показали приведённые несложные построения, долго и трудно пришлось бы выяснять каким-нибудь другим способом. Так что язык векторных диаграмм позволяет быстро оценить поведение сложных цепей переменного тока. В данном случае простейшие векторные диаграммы позволили сделать очень важный общий вывод: то, что происходит в электрических цепях с индуктивностью и ёмкостью, в сильной степени зависит от частоты переменного тока. Или иначе: одна и та же цепь с индуктивностью и ёмкостью может совершенно по-разному вести себя на разных частотах. Мы ещё вернёмся к этой теме, когда познакомимся со свободными электромагнитными колебаниями в LCR-цепи и явлением по имени «резонанс».
Т-143. В электрической цепи может одновременно протекать множество переменных токов разных частот, чтобы выделить или подавить какие-либо из них, используют фильтры. До сих пор мы считали, что в цепи действует один генератор переменной э.д.с., который создаёт один-единственный переменный ток. Но очень часто бывает, что одновременно с этим основным генератором в цепи появились и другие источники переменных токов, причём самых разных частот. Эти токи могут быть источником серьёзных неприятностей — проводник, где протекает переменный ток, излучает электромагнитные волны, а они, проникая в радиоприёмники или телевизоры, создают помехи, искажают основной сигнал. Это относится и к некоторым генераторам постоянного тока, в их цепи тоже могут появляться переменные токи и тоже с неприятными последствиями.
В какой-то мере с такими ненужными токами можно бороться с помощью электрических фильтров. Это такие цепи, которые, например, легко пропускают к нагрузке постоянный ток и не пропускают переменный. Или выполняют более тонкую операцию — пропускают к нагрузке токи только одной частоты или определённой группы частот. Есть фильтры, которым достаётся совсем уже ювелирная работа — им нужно распознать и разделить токи с очень близкими частотами.
