На этом явлении основан принцип действия дросселей (катушек индуктивности), включаемых последовательно с хорошо известными всем электролюминесцентными лампами, или, как их называют в быту, лампами дневного света. Задача дросселя — не дать току, протекающему через лампу, превысить некоторое определенное значение. Чем больше ток, тем больше магнитное поле, тем больше эдс самоиндукции. Но эдс самоиндукции имеет противоположный знак и, следовательно, вычитается из напряжения источника. Увеличение тока сопровождается уменьшением напряжения на лампе и соответственно уменьшением тока. При самопроизвольном уменьшении тока все происходит наоборот.
Примерно то же самое происходило бы в том случае, если последовательно с лампой дневного света включить обычный проводник, обладающий сопротивлением. Но при этом часть электрической энергии, получаемой от сети, преобразовывалась бы в тепло. А зачем нагревать атмосферу? Зимой еще куда ни шло, а летом? Дроссель тем и хорош, что в нем энергия почти не затрачивается и ни во что не преобразовывается. В течение какого-то промежутка времени (говорят, в течение полупериода) энергия забирается из сети и расходуется на образование магнитного поля. В течение другого какого-то промежутка времени (вторая половина периода) магнитное поле сходит на нет, а накопленная в нем энергия возвращается обратно в сеть. Все получается очень хорошо, только уж очень гудят эти дроссели.
Теперь проделайте такой опыт. Поместите в магнитное поле катушки с переменным током еще одну такую же точно катушку. Что произойдет? Да ничего нового. Магнитное поле создает в обеих катушках, если они находятся в одинаковых условиях, одинаковые эдс. Только эдс первой катушки называется эдс самоиндукции, а эдс второй катушки — просто эдс индукции.
Казалось бы, ничего нового не происходит. В первой катушке электрическая энергия от источника переменного напряжения преобразуется в энергию магнитного поля, а во второй катушке энергия магнитного поля снова превращается в электрическую энергию.
Такая конструкция из двух катушек называется трансформатором. Для того чтобы обе катушки, или, как говорят, обе обмотки, трансформатора находились по возможности в одинаковых условиях, внутрь катушек помещают металлический сердечник, который сосредоточивает в себе магнитное поле, не дает ему «расползаться». Где только их нет, этих трансформаторов! Начиная с огромных, величиной с дом на трансформаторных подстанциях в линиях1 электропередач и кончая крохотными трансформаторчиками карманных радиоприемников.
Снова, кажется, все ясно, но посмотрим чуть подробнее. Две катушки находятся в одинаковых условиях в общем магнитном поле. Катушки одинаковые (т. е. одинаково число витков), значит, и эдс в них одинаковые. Замкнем накоротко выводы второй катушки. Очевидно, по ней потечет ток. Этот ток, в свою очередь, вызовет появление своего, нового магнитного поля. Но эдс самоиндукции имеет знак, противоположный знаку эдс внешнего источника, подсоединенного к первой катушке. А коли так, ток во второй катушке будет направлен противоположно току первой катушки. Противоположно будет направлено и магнитное поле, создаваемое током второй катушки. Магнитное поле второй катушки вычитается из магнитного поля первой катушки, и в сумме они дают нуль. Да, да, именно нуль. Так происходит в любом трасформаторе. Энергия, передается из первой катушки во вторую, но при этом в пространстве, окружающем обе катушки, нет никакого поля, ни магнитного, ни электрического. В реальных трансформаторах магнитное поле все-таки есть. Но это так называемое поле рассеяния, возникающее из-за того, что катушки всегда немного неодинаковы.
Так что, произошло очередное чудо? Снова, в который уже раз, на страницах этой книги мы сталкиваемся с одной и той же ситуацией. Все зависит от того, как рассуждать. Если рассуждать, пользуясь понятиями эдс, силы тока, магнитной индукции, то иначе как чудом только что рассмотренную ситуацию не назовешь. Действительно, вторая катушка замкнута накоротко и полностью изолирована от внешнего мира. В окружающем ее пространстве ничего нет: ни электрического, ни магнитного поля. Тем не менее эдс в ней существует и ток через нее протекает.