Кочеров Г.Г. Как работает «Электрический пастух»

При изучении темы «Электромагнитная индукция» в Xклассе сельской школы у учащихся проявляется особый интерес к работе электрифицированной изгороди, или «электрического пастуха».

В последнее время во многих колхозах, совхозах, кооперативах, в частном секторе (фермерские хозяйства) место пастьбы обносят железной изгородью, по которой пропускают электрический ток. Такие изгороди часто называют электрическими пастухами. Их используют для загонной пастьбы животных, для охраны стада от волков, для защиты стогов от поедания (потравы).

Изгородь огораживает загон площадью от 1,5 до 10 га и больше. Стойки ее размещаются на расстоянии 25 м одна от другой. На изоляторах стоек подвешивают железный оцинкованный провод диаметром 1-2 мм. Высота его подвески разная. Например, для коров и телят она составляет 0,75 м, для овец — 0,4 и 0,8 м.

На рисунке 1 дана упрощенная схема электрической изгороди. Основной ее частью является трансформатор 6, батарея аккумуляторов (или сухих элементов) напряжением 6 В, питающая установку, электромагнитный прерыватель цепи 5. Один конец вторичной обмотки повышающего трансформатора заземлен в точке 9, а второй соединяется с оголенным проводом 7, подвешенным на небольших столбиках 8 с помощью изоляторов.

Рис. 1. Схема электрифицированной изгороди

Рассмотрим принцип работы «электрического пастуха». Проследим за прохождением тока по первичной обмотке трансформатора. К ней последовательно подключен прерыватель цепи, действующий автоматически, как прерыватель в электрическом звонке. Ток от положительного полюса батареи идет через контактный винт и контактную пружину 4, по якорю 3, пластинчатой пружинке 2, обмотке электромагнита 1 и уходит к отрицательному полюсу батареи. Электромагнит 1, получив ток, притягивает якорь 3, и цепь прерывается. Поскольку ток больше не поступает в электромагнит, он перестает притягивать якорь 3, а пластинчатая пружинка 2 отбрасывает его назад, и цепь замыкается с помощью контактной пружины 4.

Такое замыкание и размыкание цепи будет происходить непрерывно, и первичная обмотка трансформатора будет получать прерывистый ток, который можно трансформировать. Подчеркиваю, что замыкание и размыкание цепи является причиной появления и исчезновения магнитного поля вокруг обмоток трансформатора.

Как известно, изменяющееся магнитное поле, или изменяющийся магнитный поток, вызывает явление электромагнитной индукции. Непонятно, почему в § 30 учебника «Физика-10» авторы дают определение явления электромагнитной индукции в такой редакции: «Явление возникновения ЭДС в проводнике, движущемся в постоянном магнитном поле, называется явлением электромагнитной индукции». Ведь это только частный случай данного явления. В нашем случае в цепи нет движущихся проводников в магнитном поле, а явление электромагнитной индукции есть!

Будет уместно привести определение явления электромагнитной индукции самого М. Фарадея: «При всяком изменении магнитного поля, пронизывающего контур замкнутого проводника, в последнем возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока». Лучше и точнее не скажешь.

Недаром русский учёный А.Г.Столетов писал: «Никогда со времен Галилея свет не видел столько поразительных разнообразных открытий, вышедших из одной головы, и едва ли скоро увидишь другого Фарадея...»

Во вторичной обмотке трансформатора возникает ток высокого напряжения, так jкак она имеет большое количество витков. Напряжение достигает 9000-12000 В. Это напряжение поступает в оголённый провод 7. На схеме видно, что вторичная обмотка не замкнута через провод 7 и землю 9, так как провод прикреплен к столбикам на изоляторах. После прикосновения животного к оголенному проводу цепь высокого напряжения будет замкнута через тело животного и землю. Животное, касаясь проволоки, испытывает действие тока небольшой силы но высокого напряжения. Удар тока безвреден, но неприятен. Обычно после двух-трех попыток прорваться через изгородь животные стараются близко к ней не подходить. «Электропастух» расходует ничтожно малый ток. Мощность его во время прикосновения животного мала, а ток в оголенном проводе около 5 мА. Обращаю внимание учащихся на то, что в качестве источников питания «электропастуха» берут не кислотные (автомобильные), а щелочные аккумуляторные батареи или батарею сухих элементов. Эти источники тока имеют большое внутреннее сопротивление и обладают малой мощностью, поэтому через тело животного проходит очень малый ток.

Несколько слов о роли конденсатора в этой цепи. Во-первых, поскольку он включен параллельно прерывателю цепи 5, то последний почти не подгорает при длительной работе. Во-вторых, конденсатор заряжается и мгновенно разряжается через первичную обмотку трансформатора, благодаря чему дополнительно повышается напряжение вторичного тока на выходе трансформатора. Дополнительно подчеркну, что железный корпус ящика, в котором смонтирована электрическая цепь, соединяют с тем выводом трансформатора, к которому присоединена проволочная изгородь, то есть с обмоткой высокого напряжения. Поэтому «электропастух» сам себя охраняет, и его можно оставлять без присмотра. Электрифицированная изгородь заменяет настоящего пастуха, дешевая, устанавливается очень быстро. «Электропастух» может дать ток для изгороди длиной до 10 км.

При закреплении материала в классе возникла настоящая дискуссия вокруг вопросов относительно схем электрической изгороди — «электропастуха»:

1. Сколько цепей имеет «электропастух»? Из каких приборов состоит каждая из них?

2. Все ли цепи замкнуты?

3. Изменяется ли ток в цепи, содержащей источник тока?

4. Какова роль электромагнита в цепи? роль прерывателя?

5. Что случится, если животное коснется провода?

6. Какой трансформатор применяется в этой установке: понижающий или повышающий?

7. Почему при высоком напряжении во вторичной цепи ток в ней ничтожно мал?