1-13. Снова о лампе в коридоре
После общих рассуждений о схемах надо все же вернуться к маленькой задаче о лампе, управляемой из многих пунктов. Ее решение было предоставлено самому читателю.
Рис. 1-22. Управление лампой из двух пунктов.
В условии было сказано, что когда одним выключателем лампа зажжена, то другим она может быть погашена. Значит, одно и то же положение любого выключателя, в зависимости от положения остальных выключателей, может соответствовать либо свету, либо темноте. Следовательно, для управления лампой должен быть применен прибор, который не просто замыкает или размыкает цепь, а направляет ток то по одному, то по другому пути. Для гашения и зажигания лампы необходимо пользоваться переключателями.
Когда управление происходит только из двух пунктов, то применяются два однополюсных переключателя, как показано на рис. 1-22. При большем числе пунктов в схему вводятся Двухполюсные переключатели (рис. 1-22). Число их неограниченно.
Рис. 1-23. Схема рис. 1-22 очень примитивна (тому, кто сразу не решил § 4, наверно, обидно, до чего это решение просто). Но эта схема является зачатком того, что теперь называют с л ед я щи м и системами.
Рис. 1-23. Управление лампой из произвольного числа пунктов.
Один пункт переключения будем считать задающим, второй — приемным. Лампу примем за указатель. Можно пристроить электромагнит, который всегда будет переводить приемный переключатель на положение «погашено». При этом переключатель на приемном пункте будет автоматически следить за переключателем на передающем пункте. Это будет двухпозиционная система дальней передачи — дальнеуправления.
Эту схему можно развить в более сложные, более тонкие.
1-14. Электрические замки
Изображения замков и даже остатки разного рода запоров находят между древностями самых различных эпох — скифскими, ассирийскими, египетскими, греческими, римскими.
Замок считается тем совершеннее, чем труднее подобрать или подделать к нему ключ. Есть весьма надежные замки и вовсе без ключей. Эти замки состоят из набора дисков или колец, по окружности которых нанесены цифры или буквы. Замок открывается только тогда, когда все кольца его установлены в одно определенное положение. При двух кольцах подобрать секрет не составляет труда.
Если на каждом кольце 10 цифр, то, перебрав 100 комбинаций, можно подобрать ту, при которой замок отпирается. При трех кольцах уже требуется затратить около часа, чтобы подобрать секретную комбинацию цифр, при пяти кольцах придется работать несколько дней подряд. Отмычек для таких замков не существует.
Некоторой аналогией такого секретного замка является телефон. Трудно попасть к абоненту, не зная его условного номера.
Можно составить довольно простые электрические схемы из набора реле, которые будут действовать подобно замку. Предположим, имеются три кнопки или ключа; А, В, С (рис. 1-24). Если нажимать на эти ключи или кнопки в определенной последовательности, например такой: С—А—В—А, то сработает исполнительный элемент (электромагнит) Y и освободит защелку замка.
Если же нажимать на кнопки А, В, С в любой другой последовательности, то не только электромагнит Y не сможет включиться, но еще придет в действие другой исполнительный элемент Ζ, который включит звуковой сигнал тревоги.
Кроме того, в этом электрическом замке есть еще кнопка G, которая возвращает всю схему в исходное положение.
Можно сразу же высказать некоторые общие положения относительно структуры схемы такого электрического замка. Исполнительный элемент должен срабатывать только после нескольких воздействий на элементы А, В, С, поэтому для фиксации, для запоминания всех промежуточных действий в схеме должны быть предусмотрены вспомогательные исполнительные элементы Х2, Х3 — это электрическая память устройства.
1-15. Приведенное сопротивление
И задачу о лампе в коридоре, и более сложную задачу об электрическом замке можно назвать «задачами на определение структуры». Ни силы токов, ни величины напряжений, действующих в отдельных цепях, в этих задачах несущественно было определять. Требовалось найти только токопрохождение, только структуру схемы.
Другой обширный класс электротехнических задач — это те, в которых требуется определить токи, циркулирующие в схеме под действием тех или иных приложенных к ней напряжений.
Если к источнику напряжения подключено известное сопротивление, то, чтобы определить силу тока в амперах, достаточно разделить величину напряжения в вольтах на величину сопротивления в омах. При двух сопротивлениях, включенных последовательно одно за другим, чтобы определить ток, надо разделить напряжение на сумму этих сопротивлений. Но когда электрическая схема составляется из многих сопротивлений, то определить в ней все токи может быть не так просто. Возьмем к примеру такую задачу.
Рис. 1-25. Каркас в форме куба, составленный из двенадцати одинаковых сопротивлений.
Из проволоки сделан каркас куба, как это представлено на рис. 1-25. Каждое ребро куба имеет сопротивление, равное точно 1 Ом. К двум противоположно расположенным вершинам куба (обозначенным на фигуре О1 и О2) подводятся проводники, которыми этот куб присоединяется к источнику напряжения.
Требуется определить, какое сопротивление электрическому току будет представлять собой этот кубический каркас и какой силы токи будут в его отдельных ребрах. Двенадцать сопротивлений, составляющих куб, надо заменить одним приведенным или эквивалентным сопротивлением.
Возможно, читатель сам быстро найдет это приведенное сопротивление кубического каркаса. На схеме рис. 1-25 показано стрелками токопрохождение в каркасе. Ток входит в вершину Ο1 и растекается из нее на три пути. Затем для тока открывается шесть путей. Пройдя их, ток через последние три ребра сходится к вершине О2.
Во многих случаях приходится изучать значительно более сложные электрические схемы и заменять их более простыми комбинациями сопротивлений.
