Контурная катушка из стеклянного провода. Часть I.
Что бы вы сказали, если бы на ваших глазах нечаянно уронили на пол катушку от радиопередатчика, имевшую вид цилиндрической серебряной спирали, и она… разбилась на мелкие куски. Оказывается, катушка была сделана из стеклянной трубки и лишь сверху покрыта тонким слоем серебра.
Могла ли работать в передатчике такая стеклянная катушка? Ведь стекло является прекрасным изолятором, сопротивление стеклянной палочки электрическому току столь велико, что его почти невозможно измерить, а провод, идущий на изготовление катушки, должен иметь возможно меньшее сопротивление: чем меньше сопротивление, тем медленнее будут затухать колебания в контуре.
Действительно, стекло является великолепным изолятором. Столь же правильно и то, что катушки надо делать из материала, имеющего наименьшее сопротивление. Но эти два положения, как ни странно, не противоречат друг другу. Дело в том, что в катушке передатчика протекают высокочастотные токи, которые распространяются лишь по1 поверхности проводника. Поэтому витки катушки и покрыты снаружи серебром — одним из лучших проводников электрического тока. А по внутренним частям проводника высокочастотный ток не течет, поэтому дорогое и тяжелое серебро можно безбоязненно заменить стеклом.
Чем же объясняется такое распределение переменного тока в различных участках сечения провода?
Из электротехники известно, что электрический ток — движение электрических зарядов — сопровождается возникновением магнитного поля. При нарастании тока поле становится интенсивным и распространяется на большее пространство, при его ослаблении силовые линии поля стягиваются, интенсивность поля уменьшается. Если такое движущееся магнитное поле пересекает проводник, то в нем возникает ток — начинается движение зарядов. При разворачивании поля порождаемый им индуктированный ток имеет направление, обратное направлению тока, вызвавшего появление поля. При сворачивании поля этот индуктированный ток имеет то же направление, что и первичный.
Каждый проводник мы можем рассматривать как большое количество тонких проводников, идущих параллельно. По каждому из них течет электрический ток и создает в окружающем пространстве магнитное поле, которое в своем движении воздействует на соседние проводники и в силу явления индукции порождает в них индуктированные токи.
Чтобы лучше разобраться в «механике» этого явления, представим себе два электрона, находящиеся в толще провода. Под влиянием электрического поля в проводнике должен начать течь электрический ток, т. е. наши два электрона должны начать двигаться. Но как только электрон пришел в движение, вокруг него создалось магнитное поле, в зону действия которого попадает соседний электрон. Электрическое поле побуждает этот второй электрон двигаться в одном направлении с первым, а магнитное поле первого электрона побуждает его двигаться в обратном направлении. Другими словами, движение первого электрона будет тормозить движение второго.
Но ведь наши электроны совершенно одинаковы и подчиняются воздействию одинаковых сил. Если второй электрон испытывает тормозящее действие со стороны первого, то первый электрон испытывает точно такое же тормозящее действие со стороны второго. Электроны тормозят друг друга. Это торможение наиболее сильно проявляется в середине провода, где электроны со всех сторон окружены другими. Наименьшее торможение испытывают электроны в поверхностных слоях проводника, так как они не со всех сторон окружены другими электронами.