Не путайте постоянный электрический ток с переменным.

Интересно сравнить передачу звуковой волны в трубе с электромагнитной волной, распространяющейся вдоль пары параллельных проводов.

На рис.1 показана звуковая труба с вибрирующим поршнем или диафрагмой на передающем конце S и гибкой диафрагмой на приемном конце R. Когда поршень достаточно медленно движется вперед и назад, давление вдоль всей трубы будет одинаковым и диафрагма R будет двигаться влево и вправо одновременно с движением поршня S. Другими словами, R и S движутся в фазе. Фактически имеется небольшой интервал времени между максимальным отклонением S (положение 1) и максимальным правым положением R (положение 3).
Рис 1.
   

Однако этот интервал времени настолько мал по сравнению с временем полного колебания (т. е. периодом), что им можно пренебречь.

Если же поршень двигать быстро и с большой частотой, то период колебания становится малым и интервал времени, требуемый для передачи давления от S до диафрагмы R, становится важным. Когда поршень колеблется достаточно быстро, возможно такое положение, когда крайнее левое положение R (положение 2) будет в тот момент, при котором S занимает положение 3. В этом случае R будет отставать от S на полпериода, или на 180°. В таких случаях говорят, что R и S сдвинуты по фазе на 180°, т. е. находятся в противофазе.

Если частота колебаний становится еще большей, то поршень может пройти из положения 1 в положение 2 и обратно в положение 1 за время, в течение которого давление достигает R. С этого момента R и S станут двигаться одинаково, но R будет отставать от S на полный период, или на 360°. В случае, показанном на рис.1, поршень сделал два полных перемещения в одну и другую сторону за время, в течение которого возмущение достигло R. Здесь R отстает от S на два полных периода, или на 720°.

На рис.1,б показано давление вдоль трубы для того момента, когда R и S находятся в своих крайних правых положениях. Очевидно, что при такой частоте вдоль трубы размещается точно две длины волны.
Важно отметить разницу, которая существует между медленными и быстрыми колебаниями поршня. Когда частота колебаний низкая, так что соответствующая длина волны λ=υ/f очень велика по сравнению с длиной трубы, давление в трубе везде одно и то же и направление движения частиц воздуха будет одним и тем же во всех местах трубы. Однако, когда частота увеличится, а длина волны уменьшится до длины трубы, давление в различных частях трубы станет различным и скорости частиц будут иметь в одном месте одно направление, в другом обратное. Очень похожая картина получается и у электрических волн.

На рис. 2 показана передача электрической энергии по параллельным проводам или по линии передачи, как обычно называют ее в курсе электрической связи. Как и в случае передачи звуковой волны по трубе до тех пор, пока частота генератора низка, так что λ=υ/f достаточно велика по сравнению с длиной линии, напряжение будет практически одинаковым вдоль всей линии (потери на сопротивлении считаем пренебрежительно малыми) и ток будет течь в одном и том же направлении вдоль всей линии (слева направо по верхнему проводу и справа налево по нижнему и наоборот). Это положение имеет место, например, в случае тока с частотой 50 гц, для которого длина волны составляет:

λ=300 000 000/50=6 000 000 м=6 000 км.

РИС 2
   
Она слишком велика по сравнению с длиной любой линии передачи.
Однако, когда частота увеличивается до очень высоких значений, например таких, какие применяются в радиотехнике, соответствующая длина волны становится малой и даже короткие линии передачи могут быть длиной в несколько волн.

На рис. 2 показан случай, когда частота возросла настолько, что длина волны точно стала равна половине длины линии, т. е. длина линии стала равной двум длинам волн. На рис. 2, а показано мгновенное направление тока, а на рис. 2, б — мгновенное распределение напряжения. Сходство со скоростью движения частиц и изменением давления в звуковой трубе очевидно. В этом случае напряжения между проводами по длине линии неодинаковы. В своем движении по линии напряжение претерпевает два полных изменения (в случае, изображенном на рисунке) до того, как первый максимум напряжения достигнет нагрузки в конце линии. Подобно этому направление тока от генератора изменяется четыре раза (два полных периода), пока какая-то пучность тока проходит линию.
Представление, что ток выходит из одного полюса генератора, обходит цепь и возвращается к другому полюсу, в этом случае не подходит. Лучше представить себе процесс следующим образом. Положительный ток выходит из одного зажима, а отрицательный ток — из другого, и оба эти тока одновременно движутся вдоль линии. Конечно, когда напряжение и ток меняют свое направление, меняются местами положительный и отрицательный зажимы генератора. Токи вдоль линии будут такими, как показано на рис. 2.

До сих пор передача энергии от генератора к нагрузке рассматривалась с помощью волн напряжения и тока вдоль линии. Как мы видели ранее, этому напряжению и току соответствуют электрическое и магнитное поля, которые окружают провода и движутся вдоль линии одновременно с током и напряжением.

Таким образом, фактически энергия передается от генератора к нагрузке посредством этих полей, движущихся в пространстве, окружающем провода, тогда как сами проводники только направляют энергию к нагрузке. Эта направляющая роль проводов соответствует акустическому случаю, когда звуковая труба только направляет звуковую энергию, которая передается через перемещения частиц воздуха в этой трубе.

Для передачи электромагнитных волн вдоль проводов несущественно, представлена ли она движением волн напряжения тока электрического или магнитного поля.