19.01.201923.11.2018

Электромагнетизм для чайников – 6.3. Электромагнетизм. Электромагнитная индукция – Энергетика: история, настоящее и будущее

• by alexxlab
• Комментариев к записи Электромагнетизм для чайников – 6.3. Электромагнетизм. Электромагнитная индукция – Энергетика: история, настоящее и будущее нет
• Советы абитуриенту

3. Электричество и магнетизм.. Физика для “чайников”

3. Электричество и магнетизм.

Ну что же, начинается ещё одна достаточно сложная и в какой-то степени мутная часть физики. Мутная в первую очередь потому, что наглядно представить, как происходит хотя бы тот же электрический ток, уже сложно – не говоря уже о том, что он делает, и как его используют. Но благодаря тому же электричеству сейчас можно столько, что не разбираться, как работает самое-самое основное, уже как-то и стыдно. Начинают тут, как всегда, издалека и с самого-самого основного. С электростатики. Это раздел физики, изучающий электрические поля неподвижных зарядов (или заряженных тел). И сразу же влипаем в грязь. Какие такие электрические поля? Какие ещё заряды? Попробуем обо всём по порядку.

Что такое “поле” вообще, физика толком сказать не может. Это вторая форма материи (первая – вещество), а материя – это тупо всё, что нас окружает. Считается, что всё вокруг находится под воздействием так называемых полей взаимодействий, которые ничем не ощущаются, но могут передавать энергию или действовать с какой-то силой на что-нибудь. Одно из таких полей уже было в механике – это гравитационное поле, которое притягивает нас к планете. Второй вид поля, похожий по действию, но отличающийся по своей природе (по своему происхождению) – его назвали электромагнитным полем. А величину, характеризующую способность тела участвовать в таком взаимодействии, назвали электрическим зарядом. “Электричество” потому, что образовано от слова “янтарь” – первый материал, у которого нашли такие свойства: если янтарь потереть о шерсть, то последний начнёт непонятно почему притягивать мелкие лёгкие предметы. И понеслось… После всё это хозяйство, конечно же, стало обрастать математикой.

Первое же, что сделали, – ввели значение заряда и его знак. Заряд измеряется в кулонах (Кл), знак его обозначается чисто условно – всё та же договорённость. Он может быть положительным, отрицательным или нулём (тело не заряжено). Заряды одинакового знака отталкиваются друг от друга, а разных знаков – притягиваются друг к другу. Ещё предположили (а после доказали), что электрический заряд всегда должен быть представлен как сумма неких элементарных электрических зарядиков. Носителя такого элементарного заряда назвали электроном и приняли, что значение его заряда равно -1.6*10^-19 Кл. Именно с “минусом” – как здесь любят выражаться, так исторически сложилось. А элементарный заряд при этом с “плюсом”! Уже голова начинает кружиться, какой знак когда брать. Пока что электроны трогать не будем – примем за данность, что они есть и являют собой самый маленький заряд, который может быть в принципе. И пока забудем о них. У заряда тоже есть закон сохранения, как и у энергии: суммарный электрический заряд замкнутой системы постоянен. К слову, заряд – не вектор, его складывать черчением не надо – просто складываем всё, как в обычной алгебре, с учётом знаков. И, наконец, последнее допущение, которое почти повторяет ту же механику. Точечный заряд. Это просто материальная точка (та же, что была в механике), обладающая электрическим зарядом.

Ну и зачем весь этот ворох допущений, предположений и тому подобных непонятных вещей? Потому что только при их помощи смогли худо-бедно объяснить, почему происходит электромагнитное взаимодействие. Когда трёшь янтарь о шерсть, каким-то непонятным образом нарушается однородность их зарядов, часть маленьких зарядиков перебегает с шерсти на янтарь, первая становится заряженной положительно, а второй – отрицательно. Более жизненный пример – если причесаться обычной расчёской, то сразу после причёсывания к ней будут прилипать, например, маленькие кусочки бумаги – несмотря на то, что бумага электронейтральна (у неё заряд – 0), по сравнению с отрицательным зарядом расчёски она “кажется” другого знака, поэтому и притягивается. По той же причине после того же причёсывания или трения об одежду при переодевании может легонько “ударить током” при прикосновении к металлической вешалке – лишний заряд, скопившийся на тебе, стремится покинуть тебя и вернуть общую электронейтральность – всё тот же вездесущий принцип “природа стремится к равновесию”.

А математика здесь завязана такая, что аналогия с той же гравитацией в механике полная, что заставляет физиков-философов (есть и такие) раскрывать рот и махать руками на тему, какие все фундаментальные (основные) взаимодействия похожие друг на друга, это же так круто! Вывел его товарищ Кулон тоже чисто экспериментальным путём. Остаётся только надеяться, что он не сговорился с Ньютоном. Выглядит он так: F = k*q1*q2/(r^2). F – сила взаимодействия (притяжения или отталкивания) между электрическими зарядами. k – экспериментальный коэффициент, равен 9*10^9 Н*м^2/(Кл^2). (По-хорошему, вместо k здесь надо писать 1/(4пи*эпсилон0), последняя непонятая буква там – электрическая постоянная, равная 8.85*10^-12 Ф/м – о ней речь пойдёт попозже, – но k запомнить проще, да и эта заумная дробь как раз будет равна k.) Q1 и q2 – электрические заряды, которые имеют наши точечные заряды, r – расстояние между ними. Почти тот же закон всемирного тяготения, только цифири другие (k вместо G), и вместо масс – заряды. Легко увидеть, что если сила отрицательна – это значит, что заряды притягиваются (плюс на минус даёт минус), а если положительная – то отталкиваются (минус на минус даёт плюс, плюс на плюс – естественно, тоже).

Вкратце и поумнее: электростатика – раздел физики, изучающий электрические поля неподвижных зарядов. Электрическое поле – форма материи, порождается электрическими зарядами. Электрический заряд – величина, характеризующая способность тела участвовать в электромагнитном взаимодействии. Единица измерения – кулон (Кл), может иметь знак “+”, “-” или не иметь его вообще (0). Любой электрический заряд является суммой элементарных электрических зарядов, последний равен 1.6*10^-19 Кл. Носитель элементарного заряда – электрон, он заряжен отрицательно. Закон сохранения заряда: суммарный заряд замкнутой системы постоянен (сумма зарядов определяется алгебраически, не векторно, так как заряд – скалярная величина). Точечный заряд – заряженное тело, размерами которого можно пренебречь в условиях данной задачи, то есть материальная точка, обладающая электрическим зарядом. Закон Кулона для взаимодействия точечных электрических зарядов: F = k*q1*q2/(r^2), где F – сила взаимодействия между зарядами (положительная – отталкивания, отрицательная – притяжения), k – экспериментальный коэффициент, равен 1/(4пи*эпсилон0) = 9*10^9 Н*м^2/(Кл^2), где эпсилон0 = 8.85*10^-12 Ф/м – электрическая постоянная, q1 и q2 – значения электрических зарядов, которые имеют наши точечные заряды, r – расстояние между ними.

Теперь начинается то, что вне физики любят окрещивать “терминами лженауки”. С зарядами вроде худо-бедно разобрались, осталось электрическое поле. Никто его никогда не видел, не слышал и не ощущал, но при этом утверждают, что оно есть. Просто потому, что два зарядика просто так ни с того ни с сего не станут применять силу друг против друга (или друг за друга), это надо как-то объяснить! Вот и приехали, да к такому объяснению, что оно даже выглядит правдоподобным. Ну вот, например, самое простое. Два одинаковых зарядика отталкиваются друг от друга просто потому, что на каждого из них действует электрическое поле, создаваемое другим – именно оно и даёт эту неведомую силу. Открестились, однако, одним неизвестным от второго! Если о силе нам уже что-то известно из механики, то тут тёмный лес. Да он ещё и сгущается: а если поле действует не на один зарядик, а на несколько? А если на целое здоровенное туловище, которое не посчитаешь? Чтобы убрать привязку к точечному зарядику и сделать эту неведомую силу более-менее универсальной для счётов, придумали обозвать её “напряжённость электрического поля”. Это сила, которая действует на заряд в 1 Кл, находящийся в этом считаемом поле. (К слову, 1 Кл – это очень большой заряд; как можно заметить, единички в таких определениях означают то, на что мы умножаем или делим.) То есть E = F/q (E – напряжённость, F – сила, q – величина точечного заряда, на который действуют.) Как можно увидеть, мериться она должна в Н/Кл, но обычно используют такую же размерность, обозванную В/м. (Да, В – это вольт. Пошли знакомые слова? То ли ещё будет.) Поскольку сила – это вектор, а заряд – скаляр (число), то напряжённость получается тоже вектором. И вот тут-то математика и начинает радостно потирать ручонками и облизываться. Потому что напряжённость и траектории тех зарядиков, которые она мутузит, расположены друг относительно друга так же, как скорость и траектория при движении по окружности – по касательной друг к другу. Не знаю, специально это так выдумали, или совпало, но факт остаётся фактом: силовые линии электрического поля (то направление, куда поле заставляет “ехать” заряд) направлены так, что касательные к ним совпадают по направлению с вектором напряжённости этого же поля в той точке, в которой касаются. Да, звучит очень заумно. Глазами это можно представить так: вокруг положительного зарядика можно описать большое количество полуокружностей, причём каждая из них “держится” за зарядик только самым краешком – например, верхним или нижним. А дальше эта полуокружность уходит в бесконечность, так и не выросши до окружности. Если зарядик отрицательный – то он, наоборот, собирает на себе все “пришедшие” чёрт-те откуда такие же линии. Опять-таки, это всё договорённость – линии начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных. Причём всегда их много-много, но так, что они не пересекаются! И чем больше напряжённость, тем ближе эти линии расположены друг к другу, тем поле сильнее. Аура? Биополе? Ну да, это что-то в том же духе, только их не любят описывать математикой – а то якобы никто не поймёт. Без математики, впрочем, их тоже не понимают (только это уже в основном технари, привыкшие всё считать).

Чтобы хоть как-то попонятнее объяснить всю эту муть, пойдём всё по тем же аналогиям. Если насыпать на ровную простынь несколько шариков, то на простыни при их падении образуются складки, которые тоже как бы исходят из каждого шарика. Это и будут «силовые линии поля» шарика. Естественно, чем больше и тяжелее шарик, тем больше будет складок, тем сильнее будет «напряжённость» этого «поля». Только электрическое поле, в отличие от этого «шарикового», распространяется практически повсюду.

Но это всё не значит, что силовые линии – всегда кривые! Как раз-таки самый простой вид поля, который можно обсчитать, имеет прямые силовые линии. Да не просто прямые, а параллельные прямые! Такое поле называется однородным, в каждой его точке вектор напряжённости будет одинаков по величине и по направлению. Как пример однородного поля постоянно приводят две разноимённо заряженные пластинки, параллельные друг другу. (По аналогии, например, с водой это может быть обычный водопад с прямоугольной ступеньки: все “силовые линии” в падающей воде будут идти параллельно друг другу.) Потом они нам ещё встретятся.

Ну а если попытаться посчитать поле обычного заряда-точечки, то его напряжённость будет считаться так: E = k*q/(r^2) – что вполне логично, если в законе Кулона убрать второй заряд (разделить на него). Но и здесь же встречаем жирный минус: напряжённость можно посчитать только в одной точке (на расстоянии r). Ну хорошо, на окружности с радиусом r. А во всех остальных точках?.. Руками это точно не посчитаешь. Максимум на компьютере и если сильно приспичит.

И самое страшное, но обычно и самое реальное. А если полей несколько? Тут встаёт и машет рукой принцип суперпозиции, до этого шлявшийся где-то в механике: нам нужно векторно сложить все напряжённости от всех полей, которые действуют в той точке, в которой смотрим – опять-таки, это уже только для одной точки, даже без окружности! Потому что поля друг с другом не взаимодействуют, каждая из напряжённостей тянет в свою сторону со своей силой – практически так же, как и в механике, результат можно узнать, лишь сложив все с учётом их направлений. Во какой “аппарат” выдумали – описывать-то описывает, но посчитать – руки практически связаны. Что там по одной точечке колупать… Но, с другой стороны, с этим особо сильно и не морочатся – считают все нужные цифири только в “ключевых” точках, где что-то кардинально меняется, а на остальное забивают, дабы не ударяться головой о юношеский максимализм – тут он не везде уместен.

Вот мы всё говорим: поле, поле. А про то, на что оно действует, забыли. Точнее, маленькие точечные зарядики обсосали уже со всех сторон, а вот про реальные туловища забыли. Условно все вещества можно разделить на проводники и диэлектрики. В проводниках есть так называемые свободные заряды, летающие внутри них и способные дать полю подействовать на себя, в диэлектриках можно считать, что таких зарядов нет – вообще они есть, но их очень-очень мало. Строго говоря, есть ещё полупроводники – это нечто среднее; заряды там вроде бы и есть, но они не совсем свободны – их сначала нужно прикормить и выудить. Но о них ближе к самому концу.

Вкратце и поумнее: напряжённость электрического поля – это сила, с которой поле действует на единичный точечный заряд, в нём находящийся. E = F/q, где E – напряжённость электрического поля, F – сила, с которой оно действует; q – заряд, на который оно действует. Единица измерения – В/м. Силовые линии электрического поля – это линии, касательные к которым совпадают по направлению с вектором напряжённости в точке касания. Электрические силовые линии не пересекаются, начинаются на положительных зарядах и оканчиваются на отрицательных. Однородное электрическое поле – поле, в каждой точке которого вектор напряжённости одинаков по величине и направлению. Силовые линии однородного электрического поля – параллельные прямые. Напряжённость поля, создаваемого точечным зарядом: E = k*q/(r^2), где k – тот же экспериментальный коэффициент, что и в законе Кулона (1/(4пи*эпсилон0) = 9*10^9 Н*м^2/(Кл^2)), q – заряд, поле которого считаем, r – расстояние от заряда до той точки, в которой считаем значение напряжённости. При действии нескольких полей их напряжённости векторно складываются (принцип суперпозиции) – результирующая напряжённость является векторной суммой всех составляющих напряжённостей. С точки зрения действия поля вещества можно разделить на проводники и диэлектрики. У проводников имеются свободные заряды, которые могут реагировать на электрическое поле, у диэлектриков таких зарядов крайне мало (можно считать, что нет вообще).

Вот уже столько всего заумного понаписывал, а зачем? Всё тот же вопрос вертится в голове: ну зачем всё это надо?! Ответ кроется в том, что обзывают основной задачей электростатики: раз уж мы предполагаем, что у нас всё электрическое летает в электрическом поле, то в идеале нужно знать, какое это поле будет в каждой из всех точечек пространства. А чтобы знать, “какое будет поле”, надо знать, выражаясь умным языком, две его характеристики: силовую и энергетическую составляющую: то есть знать, с какой силой поле будет гонять зарядики туда-сюда, и какую энергию зарядики при этом будут иметь. Зная две эти вещи, можно считать уже всё остальное. Силовая характеристика – это напряжённость, а энергетическая будет в этом абзаце.

Где-то в начале я обронил словцо на тему, что электрическое поле может не только действовать грубой силой, но ещё и переносить энергию. Силовую часть я обсосал до косточек и скрутил в трубочку в предыдущем абзаце, теперь то же самое с энергетической частью. Которая, тьфу-тьфу, попроще – тут не будет этих страшных векторов и непонятных линий, ведущих не то наполовину из ниоткуда, не то наполовину в никуда. Вообще говоря, силы электрического взаимодействия тоже могут совершать работу, притом электрическое поле потенциально (работа электрических сил не зависит от траектории движения, а определяется только начальным и конечным положением тела – так, например, если вернуть зарядик в ту же точку, из которой он стартовал, то “электрическая” работа будет равна нулю). Вообще говоря, именно поэтому у любого заряда, на который действует электрическое поле, имеется энергия, вне зависимости от того, стоит он на месте или летит. Если вспомнить механику, то можно сообразить, что эта энергия – всего лишь потенциальная, то бишь энергия взаимодействия. Но – опять-таки – разные заряды (и необязательно точечные – снова вспоминаем, что в жизни есть и заряженные туловища) могут иметь одну и ту же энергию. Чтобы и здесь убрать зависимость от заряда, ввели вторую характеристику поля – потенциал. Обозначают буквой фи, равен он Eп/q. Eп – потенциальная энергия, которой обладает заряд в поле (опять-таки, не имеет значения, движется он или стоит – на кинетическую энергию тут начхать, судя хотя бы по названию величины), делённая на значение этого заряда. Единица его – Дж/Кл – названа очень знакомым словом. Вольт. Как раз отсюда легко сообразить, что Н/Кл, в которых якобы должны мерить напряжённость, – это и есть В/м: Н/Кл = Дж/(м*Кл) = В/м.

И всё бы хорошо, да обычно потенциал какой-то одной точки считать особого смысла нет – мы и так можем знать и энергию, и заряд, нафига нам париться чем-то ещё? А вот когда этот заряд перетаскивается полем из одной точки в другую, вот тут уже потенциал становится важнее. Только уже не он сам, а разность потенциалов между конечной и начальной точками. Это будет работа, которую совершила электрическая сила, чтобы переместить заряд из одной точки в другую, делённая на величину этого заряда. Более простыми словами разность потенциалов обозначается ещё одним до боли знакомым словом – электрическое напряжение. Только, правда, его используют не в абстрактных рисунках с точечками и линиями, а в реальных электрических цепях (и с маленькой поправочкой), но, по сути, разность потенциалов и напряжение – это одно и то же. Напряжение можно связать с напряжённостью (теперь бы не перепутать одно с другим! Напряжённость – вектор, по касательной к ней идут все эти страшные силовые линии, а напряжение – это просто безобидное число, говорящее о том, насколько большую энергию тратит поле на переезд зарядика с одного места в другое): в самом простом случае, если поле однородно, E = дельтафи/d. E – напряжённость в одной из точек, дельтафи – разность потенциалов между двумя точками (E будет одинакова в обеих, так как поле однородное), d – расстояние между точками (в самом простом случае; а так это проекция перемещения на силовую линию… лучше всего забыть эти страшные слова, их произношение ни к чему хорошему не приведёт). Но, вообще говоря, одно с другим связывается гораздо сложнее, просто в школьной физике этим стараются голову не забивать – и без того уже мозги кипят.

По-моему, это всё слишком отвлечённые вещи, попробую снова привести жизненный пример, похожий на то, о чём тут разговор. Вот у нас есть обычный шарик для настольного тенниса. Ракетки его дубасят по очереди, отчего он летает туда-сюда. Дак вот, напряжённость – это будет мера того, насколько сильно его дубасят ракетками: чем сильнее удары, тем больше напряжённость между игроками и тем быстрее летает шарик. С потенциалом посложнее – это будет мера того, насколько высоко над столом шарик летает – то есть, грубо говоря, насколько большую энергию взаимодействия (именно взаимодействия, простой полёт здесь не считается!) мы сообщаем шару, например, делая “свечу” – насколько высоко после этого он отскочит, и насколько мощно можно после этого (“потенциально”) сделать “режущий” удар, ведущий к выигрышу очка в свою пользу. То есть чем выше подскакивает шарик, тем больше напряжение между игроками – сумеет противник сделать фатальный для тебя удар, или нет? Действительно, штуки достаточно мутные, и их непросто не перепутать. Но есть и хорошая новость: дальше, в электрических цепях, пользуются только напряжением, а о напряжённости практически и не вспоминают. Потому что люди жадные, их интересует только использование энергии в своих целях. Какие силы? Какие заряды? Да кому из товарищей не-учёных это надо…

Последний штрих, касающийся “отвлечённых” величин. Все предыдущие величины, начиная с самого-самого начала, предполагали, что заряды находятся где-то, где поле распространяется совершенно свободно, и ему ничего не мешает. А если мешает? Допустим, тот же воздух – насколько помешает? Степень того, насколько сильно среда “мешает” полю в ней, называется относительной диэлектрической проницаемостью. (Есть ещё и абсолютная, но её в школе не трогают.) Это отношение напряжённости поля, которое имеется при наших условиях в нашей среде, к той напряжённости, которая была бы при тех же условиях в вакууме – в космической пустоте, где полю ничего не мешает. Опять-таки, строго говоря, назначение этой штуки объясняется более скрупулезно, но в школе разрешают так – и на том спасибо. Она измеряется в разах, или в штуках, иначе говоря – ни в чём не меряется, это величина безразмерная. И все величины, связанные с полем, если считаем их в той или иной среде, нужно разделить на эпсилон (такой буквой обозначается проницаемость) этой среды: в законе Кулона (сила), в подсчёте напряжённости и потенциала. Сразу же кину хорошую новость: у воздуха эпсилон не сильно отличается от единицы – значит, на неё смело забиваем. А вот у воды, например, она гораздо больше: 81. То есть в воде те же электрические зарядики будет тащить друг к другу почти в 80 раз слабее, чем в воздухе.

Вкратце и поумнее: электрическое поле потенциально, то есть работа сил электрического поля не зависит от траектории. Потенциал – энергетическая характеристика поля, это отношение потенциальной энергии, которой обладает заряд в той или иной точке поля, к величине этого заряда. Разность потенциалов между двумя точками – работа, совершённая силами электрического поля по перемещению заряда из одной точки в другую, делённая на величину заряда. Единица измерения потенциала – вольт. В случае однородного поля связь между напряжённостью и разностью потенциалов следующая: E = дельтафи/d, где E – напряжённость электрического поля, d – расстояние между точками, дельтафи – разность потенциалов между точками. Относительная диэлектрическая проницаемость среды – это отношение напряжённости электрического поля в той среде, в которой распространяется поле, к напряжённости электрического поля при таких же условиях в вакууме. Это безразмерная величина; у воздуха она примерно равна 1. При подсчёте сил, напряжённостей или потенциалов в иных средах следует учитывать их диэлектрическую проницаемость, деля на неё.

Разобрались наконец со всеми отвлечёнными понятиями. Теперь наступает что-то более материальное, потихонечку уходим от непонятных линий, векторов и тому подобных математических завихрений. Вот был разговор на тему того, что ещё вспомним про однородное электрическое поле между двумя пластинами. В общем-то, эти самые две пластины уже имеют название. Конденсатор. В самом простом случае это две проводящие пластины, между которыми находится диэлектрик, причём толщина этого диэлектрика много меньше длины пластин. Самый элементарный пример – распрямить пальцы на руках, сжав их в “лопатку”, и повернуть ладони тыльными сторонами друг к другу на близкое расстояние в районе сантиметра. Это тоже будет конденсатор: человеческое тело – это тоже проводник, так что в роли обкладок (“пластин”) будут руки, а диэлектрик – это воздух между ними. Но заряд на человеке держать опасно, поэтому конденсаторы обычно делают в виде металлических пластинок с бумагой или маслом внутри. Зачем такая штука нужна? Она умеет держать в себе заряд. Если на него подействовать электрическим полем, то на одной пластинке образуется положительный заряд, а на другой – такой же отрицательный, он никуда не будет деваться, и его в любой момент можно использовать для разрядки (передачи этого заряда дальше) на чём-нибудь. Это в самом-самом примитивном случае; вообще, конденсаторы очень широко применяются в электрических цепях. Но до них пока не дошли, поэтому в сторону уходить не будем. Дак вот, накапливание заряда происходит просто потому, что на него действуют электрическим полем. И тут сразу непонятки возникают: ну хорошо, заряд мы можем посчитать, но на разных конденсаторах его можно получить разными полями! И что теперь – опять мучить себя непонятными напряжённостями и тому подобной математикой? Нет, здесь проще. Здесь “универсальная” единица, которая используется как “визитная карточка” любого конденсатора, – это его электроёмкость. Обозначается буквой c и означает отношение того заряда, который скапливается в нём, к той разности потенциалов (напряжению), которую нужно приложить для того, чтобы этот заряд на нём возник. Не совсем полная аналогия с обычной ёмкостью, например, тех же чашек или стаканов. Но если представить себе такой старый советский аппарат, который выдаёт газировку сам по себе “через раз” (либо вообще не выдаёт), однако если ударить по нему, то небольшая порция воды вытечет; то ёмкость такого аппарата будет количество воды, которое вытекает при ударе, по отношению к энергии, приложенной этим ударом. Ударил по одному автомату – вытекла одна капелька воды. Ударил так же по другому – налился целый стакан. Второй автомат гораздо более ёмкий, чем первый – энергии тратишь столько же, а нужный “заряд бодрости” накапливается в большем количестве. Что-то вроде того. Единица электроёмкости (Кл/В) названа по имени учёного Фарадея – фарад (Ф). Это очень большая величина, конденсаторы ёмкостью в 1 фарад стоят бешеных денег и имеют размеры больше, чем рост человека. Даже у нашей Земли ёмкость всего лишь 0.71 миллифарад – это настолько же меньше, насколько доля миллиметра меньше метра! Вот если б у неё был бы радиус в 13 раз больше, чем у Солнца – тогда бы да, 1 фарад бы ещё могли наскрести.

А что самое приятное – эту самую ёмкость можно посчитать не через заряды, вольты и какие-то страшные векторы, а достаточно знать размеры конденсатора и материал того, что находится между обкладками. Две прямые параллельные пластинки с диэлектриком между ними – самый простой вариант конструкции, он же плоский конденсатор. Выдумали ещё цилиндрические и сферические, но ими в школе голову не морочат. В плоском конденсаторе можно посчитать напряжённость того поля, которое на него нападает, откуда можно найти разность потенциалов (так как внутри него поле будет однородным), откуда, зная заряд, можно найти ёмкость. Математика описывает это так: E = q/(эпсилон*эпсилон0*S), откуда c = эпсилон*эпсилон0*S/d. Буквы означают следующее: q – заряд на обкладках конденсатора (поскольку на обоих он одинаков, берётся тот, что с плюсом), эпсилон – диэлектрическая проницаемость того диэлектрика, которого запихнули между обкладками, эпсилон0 – электрическая постоянная, которая на самом деле диэлектрическая проницаемость

librolife.ru

определение, основные формулы, правило левой и правой руки

Часто бывает, что задачу не удается решить из-за того, что под рукой нет нужной формулы. Выводить формулу с  самого начала – дело не самое быстрое, а у нас на счету каждая минута. Ниже мы собрали вместе основные формулы по теме «Электричество и Магнетизм». Теперь, решая задачи, вы сможете пользоваться этим материалом как справочником, чтобы не терять время на поиски нужной информации.

Магнетизм – это взаимодействие движущихся электрических зарядов, происходящее посредством магнитного поля.

Поле – особая форма материи. В рамках стандартной модели существует электрическое, магнитное, электромагнитные поля, поле ядерных сил, гравитационное поле и поле Хиггса. Возможно, есть и другие гипотетические поля, о которых мы пока что можем только догадываться или не догадываться вовсе. Оставим этот вопрос на будущее. Сегодня нас интересует магнитное поле.

Магнитная индукция

Так же, как заряженные тела создают вокруг себя электрическое поле, движущиеся заряженные тела порождают магнитное поле. Магнитное поле не только создается движущимися зарядами (электрическим током), но еще и действует на них. По сути, магнитное поле можно обнаружить только по действию на движущиеся заряды. А действует оно на них с силой, называемой силой Ампера, о которой речь пойдет позже.

Изображение магнитного поля при помощи силовых линий

Прежде чем мы начнем приводить конкретные формулы, нужно рассказать про магнитную индукцию. Магнитная индукция – это силовая векторная характеристика магнитного поля. Она обозначается буквой B и измеряется в Тесла (Тл). По аналогии с напряженностью для эл

zaochnik.ru

Магнетизм и электромагнетизм | Онлайн журнал электрика

Естественные и искусственные магниты

Посреди стальных руд, добываемых для металлургической индустрии, встречается руда, именуемая магнитным железняком. Эта руда обладает свойством притягивать к для себя стальные предметы.

Кусочек таковой стальной руды именуется естественным магнитом, а проявляемое им свойство притяжения — магнетизмом.

В наше время явление магнетизма употребляется очень обширно в разных электронных установках. Но сейчас используют не естественные, а так именуемые искусственные магниты.

Искусственные магниты изготовляются из особых видов стали. Кусочек таковой стали особенным образом намагничивают, после этого он приобретает, магнитные характеристики, т. е. становится неизменным магнитом.

Форма неизменных магнитов может быть самая различная зависимо от их предназначения.

У неизменного магнита силами притяжения владеют только его полюсы. Конец магнита, обращенный к северу, договорились именовать северным полюсом магнита, а конец, обращенный к югу, — южным полюсом магнита. Каждый неизменный магнит имеет два полюса: северный и южный. Северный полюс магнита обозначается буковкой С либо N, южный полюс — буковкой Ю либо S.

Магнит притягивает к для себя железо, сталь, чугун, никель, кобальт. Все эти тела именуются магнитными телами. Все таки другие тела, которые не притягиваются к магниту, именуются немагнитными телами.

Строение магнита. Намагничивание

Хоть какое тело, в том числе и магнитное, состоит из мелких частиц — молекул. В отличие от молекул немагнитных тел, молекулы магнитного тела владеют магнитными качествами, представляя собой молекулярные магнитики. Снутри магнитного тела эти молекулярные магнитики размещены своими осями в разных направлениях, в итоге чего само тело никаких магнитных параметров не проявляет. Но если эти магнитики вынудить оборотиться вокруг собственных осей так, чтоб они своими северными полюсами были обращены в одну сторону, а южными в другую, то тело приобретет магнитные характеристики, т. е. станет магнитом.

Процесс, в итоге которого магнитное тело приобретает характеристики магнита, именуется намагничиванием. При изготовлении неизменных магнитов намагничивание делается с помощью электронного тока. Но можно намагнитить тело и другим методом, пользуясь обыденным неизменным магнитом.

Если прямолинейный магнит распилить по нейтральной полосы, то получатся два самостоятельных магнита, при этом полярность концов магнита сохранится, а на концах, приобретенных в итоге распила, возникнут обратные полюсы.

Любой из приобретенных магнитов можно также поделить на два магнита, и сколько бы мы ни продолжали такое деление, мы всегда будем получать самостоятельные магниты с 2-мя полюсами. Получить же брусок с одним магнитным полюсом нереально. Этот пример подтверждает то положение, что магнитное тело состоит из огромного количества молекулярных магнитиков.

Магнитные тела отличаются одно от другого степенью подвижности молекулярных магнитиков. Есть тела, которые стремительно намагничиваются и так же стремительно размагничиваются. И, напротив, есть тела, которые намагничиваются медлительно, но зато длительно сохраняют внутри себя магнитные характеристики.

Так железо стремительно намагничивается под действием стороннего магнита, но так же стремительно и размагничивается, т. е. теряет магнитные характеристики при удалении магнита. Сталь же, намагнитившись раз, долгое время сохраняет внутри себя магнитные характеристики, т. е. становится неизменным магнитом.

Свойство железа стремительно намагничиваться и размагничиваться разъясняется тем, что молекулярные магнитики железа очень подвижны, они просто поворачиваются под действием наружных магнитных сил, но зато так же стремительно приходят в прежнее хаотичное положение при удалении намагничивающего тела.

Но в железе маленькая часть магнитиков и после удаления неизменного магнита все таки продолжает оставаться некое время в положении, которое они приняли при намагничивании. Как следует, железо после намагничивания сохраняет внутри себя очень слабенькие магнитные характеристики. Это подтверждается тем, что при удалении стальной пластинки от полюса магнита не все опилки свалились с ее конца — маленькая часть их осталась еще притянутой к пластинке.

Свойство стали оставаться долгое время намагниченной разъясняется тем, что молекулярные магнитики стали с трудом поворачиваются в подходящем направлении при намагничивании, но зато сохраняют на длительное время установившееся положение и после удаления намагничивающего тела.

Способность магнитного тела проявлять магнитные характеристики после намагничивания именуется остаточным магнетизмом.

Явление остаточного магнетизма вызвано тем, что в магнитном теле действует так именуемая задерживающая сила, которая держит молекулярные магнитики в положении, занятом ими при намагничивании.

В железе действие задерживающей силы очень слабенькое, в итоге чего оно стремительно размагничивается и имеет очень небольшой остаточный магнетизм.

Свойство железа стремительно намагничиваться и размагничиваться очень обширно употребляется в электротехнике. Довольно сказать, что сердечники всех электромагнитов, используемых в электронных аппаратах, изготовляются из специального железа, владеющего очень малым остаточным магнетизмом.

Сталь обладает большой задерживающей силой, по этому в ней сохраняется свойство магнетизма. Потому неизменные магниты изготовляются из особых железных сплавов.

На свойствах неизменного магнита негативно сказываются удары, сотрясения и резкие колебания температуры. Если, к примеру, неизменный магнит подогреть докрасна и потом дать остыть, то он совсем растеряет свои магнитные характеристики. Точно так же, если подвергать неизменный магнит ударам, то сила его притяжения приметно уменьшится.

Разъясняется это тем, что при сильном нагреве либо ударах преодолевается действие задерживающей силы и тем нарушается упорядоченное размещение молекулярных магнитиков. Вот почему с неизменными магнитами и устройствами, имеющими неизменные магниты, нужно обращаться с осторожностью.

Магнитные силовые полосы. Взаимодействие полюсов магнитов

Вокруг хоть какого магнита существует так называемое магнитное поле.

Магнитным полем именуется место, в каком действуют магнитные силы. Магнитным полем неизменного магнита является та часть места, в каком действуют поля прямолинейного магнита магнитные силы этого магнита.

Магнитные силы магнитного поля действуют в определенных направлениях. Направления деяния магнитных сил договорились именовать магнитными силовыми линиями. Этим термином обширно пользуются при исследовании электротехники, но нужно держать в голове, что магнитные силовые полосы не вещественны: это — условное понятие, введенное только для облегчения осознания параметров магнитного поля.

Форма магнитного поля, т. е, размещение в пространстве магнитных силовых линий, находится в зависимости от формы самого магнита.

Магнитные силовые полосы владеют рядом параметров: они всегда замкнуты, никогда не пересекаются, имеют рвение пойти по кратчайшему пути и оттолкнуться друг от друга, если ориентированы в одну сторону. Принято считать, что силовые полосы выходят из северного полюса магнита и входят в его южный полюс; снутри магнита они имеют направление от южного полюса к северному.

Одноименные магнитные полюсы отталкиваются, разноименные магнитные полюса притягиваются.

В корректности обоих выводов несложно убедиться фактически. Возьмите компас и поднесите к ней один из полюсов прямолинейного магнита, к примеру северный. Вы увидите, что стрелка мгновенно оборотится своим южным концом к северному полюсу магнита. Если стремительно повернуть магнит на 180°, то сразу оборотится на 180° и магнитная стрелка, т. е. ее северный конец будет обращен к южному полюсу магнита.

Магнитная индукция. Магнитный поток

Сила воздействия (притяжения) неизменного магнита на магнитное тело убывает с повышением расстояния меж полюсом магнита и этим телом. Самую большую силу притяжения магнит проявляет конкретно у его полюсов, т. е. как раз там, где более густо размещены магнитные силовые полосы. По мере удаления от полюса густота силовых линий миниатюризируется, они размещаются все пореже и пореже, совместно с этим слабеет и сила притяжения магнита.

Таким макаром, сила притяжения магнита в различных точках магнитного поля неодинакова и характеризуется густотой силовых линий. Для свойства магнитного поля в разных его точках вводится величина, именуемая магнитной индукцией поля.

Магнитная индукция поля численно равна количеству силовых линий, проходящих через площадку 1 см2, расположенную перпендикулярно их направлению.

Означает, чем больше густота силовых линий в данной точке поля, тем больше в этой точке магнитная индукция.

Полное количество магнитных силовых линий, проходящих через какую-либо площадь, именуется магнитным потоком.

Магнитный поток обозначается буковкой Ф и связан с магнитной индукцией последующим соотношением:

Ф = BS,

где Ф — магнитный поток, В — магнитная индукция поля; S — площадь, пронизываемая данным магнитным потоком.

Эта формула справедлива только при условии, если площадь S размещена перпендикулярно направлению магнитного потока. В неприятном случае величина магнитного потока будет зависеть к тому же от того, под каким углом размещена площадь S, тогда и формула воспримет более непростой вид.

Магнитный поток неизменного магнита определяется полным числом силовых линий, проходящих через поперечное сечение магнита. Чем больше магнитный поток неизменного магнита, тем большей силой притяжения этот магнит обладает.

Магнитный поток неизменного магнита находится в зависимости от свойства стали, из которой магнит сделан, от размеров самого магнита и от степени его намагничивания.

Магнитная проницаемость

Свойство тела пропускать через себя магнитный поток именуется магнитной проницаемостью. Магнитному сгустку легче пройти через воздух, чем через немагнитное тело.

Чтоб иметь возможность ассоциировать разные вещества по их магнитной проницаемости, принято считать магнитную проницаемость воздуха равной единице.

Вещества, у каких магнитная проницаемость меньше единицы, именуются диамагнитными. К ним относятся медь, свинец, серебро и др.

Алюминий, платина, олово и др. владеют магнитной проницаемостью малость больше единицы и носят заглавие парамагнитных веществ.

Вещества, магнитная проницаемость которых существенно больше единицы (измеряется тыщами), именуются ферромагнитными. К ним относятся никель, кобальт, сталь, железо и др. Из этих веществ и их сплавов делают различные магнитные и электрические приборы и детали разных электронных машин.

Практический энтузиазм для техники связи представляют особые сплавы железа с никелем, получившие заглавие пермаллоев.

elektrica.info

Магнетизм и электромагнетизм

Магнетизм — это невидимая сила, притягивающая или отталкивающая железо и сталь. Предметы, создающие эту силу, называются магнитами, а область вокруг них, где действует сила, называется магнитным полем. Проходя по проводу, электрический ток (читайте статью «Электричество«) создает магнитное поле. Это явление называется электромагнетизмом. С его помощью можно создавать мощные магниты — электромагниты и использовать ток для приведения предметов в движение. Северные полюса магнитов, как и южные, взаимно отталкиваются. Северный полюс одного магнита притягивается к южному полюсу другого. Стрелка компаса — магнит. Она указывает на северный магнитный полюс Земли.

Магнетизм

Слово «магнетизм» происходит от названия местности в Турции. В области Магнезия более 2000 лет назад древние греки обнаружили минорат, притягивающий металлы. Этот минерал представлял со­бой разновидность железной руды и был назван магнетитом. Подвешенный на веревке кусок магнетита вращается, стараясь занять положение «север —  юг». Удлиненные куски магнита – магнитного железняка — когда-то использовались как стрелки компаса. Обычно магнит — это металлическое тело, например железное или стальное, обладающее магнитными свойствами и ведущее себя как магнетит. У магнита есть два полюса — южный и северный.

Металлы, способные намагничиваться, называют  ферромагнетиками. «Мягкие» ферромагнетики, например железо, лег­ко теряют свои магнитные свойства. Сталь — «жесткий» ферромагнетик; она долго сохраняет магнетизм. Такой магнетизм называют индуцированным. Стальная игла намагничивается, если провести ею по магниту несколько раз. В магнитных веществах содержатся особые группы молекул — домены, т.е. малые магниты. Металл намагничен, если все до­мены направлены в одну сторону. Однако при нагревании или ударе направление доменов меняется случайным образом. Когда ферромагнетик находится в ненамагниченном состоянии, домены в нем направлены случайным образом. При намагничивании домены располагаются так, что их одинаковые полюса становятся направлены в одну сторону.

Магнитное поле — это область вокруг магнита, в которой действуют магнитные силы (подробнее в статье «Силы«). Их величину и направление можно показать с помощью линий магнитной индукции. У Земли также есть магнитное поле. Из-за вращения Земли вокруг своей оси расплавленный металл, содержащийся во внешнем ядре, медленно течет и создает магнитное поле Земли. Многие птицы, в том числе и крачки, ориентируются при своих перелётах по силовым линиям магнитного поля.

Электромагнетизм

Проходящий по проводу электрический ток создает магнитное поле. Это явление называется электромагнетизмом. Провод, намотанный на железный сердечник, при прохождении тока ведет себя как магнитный брусок. Провод в этом случае называют соленоидом. Направление линий магнитного поля зависит от направления тока в проводе. Если ток идет по часовой стрелке, мы смотрим со стороны южного полюса. Если при взгляде с торца ток течет против часовой стрелки, то это северный полюс. Подробнее можно прочитать в статье: Индукция магнитного поля. Соленоид используется в электромагнитах. Его магнитное поле можно включать и выключать, управляя током. Соленоиды также применяются в микрофонах и громкоговорителях.

Электромагниты

Электромагнит — это магнит, который можно включать и выключать при помощи электрического тока. Чтобы создать электромагнит, нужно обмотать железный сердечник проводом — соленоидом. Железо — это мягкий ферромагнетик, т.е. оно теряет магнитные свойства, когда ток исчезает. На электромагнетизме основано действие релейных переключателей и электрических звонков. Электромагниты используются в проекте скоростного поезда – они установлены на рельсах и днищах вагонов. Их полюса отталкивают друг друга, и поезд зависает над рельсами. Трение уменьшается, и скорость поезда возрастает.

Электромоторы

При помощи электромагнетизма электромотор превращает электроэнергию в энергию движения. В простом электромоторе имеется плоский проволочный контур — ротор, помещенный между двумя магнитами. Когда по ротору проходит ток, силы электромагнитного поля ротора и магнитных полей магнитов заставляют ротор вращаться. Когда ротор занимает вертикальное положение, коллектор меняет направление тока, что приводит к обращению направления магнитного поля, а значит, и силы, действующей на ротор. Ротор переворачивается. Когда ротор совершает полный оборот, цикл возобновляется. Электромоторы используются в самых разных машинах, от стиральных машин и фенов до игрушечных автомобилей и поездов. Небольшие электромоторы применяются в микрохирургии и в космической технике. Так устроен мощный электромотор — микромотор «Тошиба» диаметр 0,8 мм (слева). Электромагнит создает постоянное магнитное поле. В магнитном поле вращается ротор.

Производство электричества

Английский физик Майкл Фарадей (1791 — 1867) обнаружил, что при движении проводника в магнитном поле в про­воднике возникает ток. Фарадей обнаружил появление тока, вращая диск вблизи магнита. Такое устройство называется дисковым генератором. Генератор, или динамо-машина, — это устройство, превращающее энергию движения в электрическую. Принцип ее действия противоположен принципу действия электромотора.

На электростанциях энергию движения от­дает пар, вращающий турбины. Турбины вращают стержень генера­тора, при этом проволочные контуры вращаются между двумя магнитами. В результате возникает ток, меняющий направление после каждого полуоборота. Такой ток называется переменным.

www.polnaja-jenciklopedija.ru

Электростатика и электромагнетизм от СЗТУ

• Главная
• Видеотека
  • Естествознание
    • Физика
    • Математика
    • Химия
    • Биология
    • Экология
  • Обществознание
    • Обществознание – как наука
    • Иностранные языки
    • История
    • Психология и педагогика
    • Русский язык и литература
    • Культурология
    • Экономика
    • Менеджмент
    • Логистика
    • Статистика
    • Философия
    • Бухгалтерский учет
  • Технические науки
    • Черчение
    • Материаловедение
    • Сварка
    • Электротехника
    • АСУТП и КИПИА
    • Технологии
    • Теоретическая механика и сопромат
    • САПР
    • Метрология, стандартизация и сертификация
    • Геодезия и маркшейдерия
  • Программирование и сеть
    • Информатика
    • Языки программирования
    • Алгоритмы и структуры данных
    • СУБД
    • Web разработки и технологии
    • Архитектура ЭВМ и основы ОС
    • Системное администрирование
    • Создание программ и приложений
    • Создание сайтов
    • Тестирование ПО
    • Теория информации и кодирования
    • Функциональное и логическое программирование
  • Программы
    • Редакторы и компиляторы
    • Офисные программы
    • Работа с аудио видео
    • Работа с компьютерной графикой и анимацией
    • Автоматизация бизнеса
  • Прочие
    • Музыка
    • Природное земледелие
    • Рисование и живопись
• Библиотека
  • Естествознание
    • Физика
    • Математика
    • Химия
    • Биология
    • Экология
    • Астрономия
  • Обществознание

forkettle.ru

Электромагнетизм и электромагнитная индукция | soedenimetall.ru

Основные магнитные явления. С древних времен было известно, что некоторые виды железной руды обладают свойством притягивать к себе железо. Такую руду назвали магнитом.

Если поднести к магниту железный ключ, можно заметить, что он становится магнитом. К ключу притягиваются железные гвозди и другие железные предметы. При удалении магнита от железа оно размагничивается. Аналогичные явления наблюдаются у не закаленной стали. После удаления магнита закаленная сталь остается намагниченной, поэтому из этой стали можно делать постоянные магниты.

Если положить на слой железных опилок магнит и затем приподнять его, окажется, что железные опилки наиболее густо притянулись к концам магнита и, чем дальше от конца магнита, тем слабее притяжение. Места магнита, обладающие наиболее сильными магнитными действиями, называют полюсами. Прямую, соединяющую полюса, называют осью магнита.

Однако магнит притягивает не все металлы. Если насыпать вместе железные и медные опилки, магнит притянет к себе только железные опилки. Наиболее заметными магнитными свойствами обладают сталь, железо и некоторые сплавы, которые применяют в технике в качестве магнитных материалов.

Если намагниченную стальную стрелку закрепить на острие подставки, стрелка установится так, что один ее полюс указывает приблизительно на север, а другой — на юг. Полюс, обращенный на север, стали называть северным магнитным полюсом, а обращенный на юг — южным. Поднося к северному полюсу магнитной стрелки поочередно полюсы магнита, заметим, что северный полюс стрелки будет отталкиваться от северного полюса магнита, а к южному притягиваться. Южный полюс стрелки отталкивается от южного полюса магнита и притягивается к северному. На основании этих опытов можно сделать вывод, что разноименные магнитные полюса притягиваются друг к другу, а одноименные — отталкиваются.

Свое влияние магнит оказывает не только на подносимые к нему предметы, но и на окружающее его пространство. Если вокруг линейного магнита расположить маленькие магнитные стрелки, увидим, что по отношению к магниту они расположились по-разному. Убрав магнит, увидим, что все стрелки устанавливаются приблизительно в направлении север— юг. Следовательно, присутствие магнита меняет свойства пространства вокруг него.

Пространство, в котором обнаруживается действие магнита на магнитную стрелку, называют магнитным полем, а линию, по которой устанавливают ось магнитной стрелки, называют магнитной силовой линией. Принято считать, что силовые линии выходят из северного полюса и входят в южный.

Магнитное поле электрического тока. Магнитные и электрические явления имеют тесную связь между собой. В этом легко убедиться на следующем опыте. Установив над магнитной стрелкой параллельно ей провод и пропустив по нему электрический ток, заметим, что стрелка отклонится от своего прежнего положения. Но как только прекращается ток, стрелка снова возвращается в первоначальное положение.

Из этого опыта можно сделать вывод, что при прохождении тока по проводнику вокруг последнего образуется магнитное поле: магнитная стрелка отклоняется током.

Если вокруг проводника, по которому проходит электрический ток, поместить несколько магнитных стрелок, все стрелки будут поворачиваться и устанавливаться по направлению касательных к окружностям: силовые линии магнитного поля прямолинейного тока представляют собой замкнутые концентрические окружности, расположенные в плоскостях, перпендикулярных направлению тока. При изменении направления тока в проводнике все магнитные стрелки повернутся и станут в противоположном направлении.

Рис. 1
а — электрический ток направлен от нас; б- электрический ток направлен на нас.
Стрелкой показано направление силовых линий.

Для определения направления магнитных силовых линий пользуются правилом «винта», т. е. силовые линии направлены так, как движется головка винта, если ток направлен так, как движется сам винт. Условно направление магнитного поля около проводника принято изображать следующим образом. Сечение проводника, по которому идет ток, изображается в виде кружка. Если внутри этого кружка поставить точку, это будет означать, что ток идет к нам (как будто видим острие летящей стрелы). И, наоборот, крестик в кружке обозначает, что ток идет от нас (рис. 1).

Соленоидом называют свитый спиралью проводник, по которому пропущен электрический ток. Если соленоид приблизить к магнитной стрелке, увидим, что один конец соленоида притягивает южный, а другой — северный полюс. Следовательно, соленоид при прохождении по нему тока по своим магнитным свойствам подобен прямому магниту. Направление магнитных силовых линий и полюсов соленоида определяют с помощью «правила винта».

Если внутрь соленоида ввести сердечник из мягкого железа, а соленоид значительно отодвинуть от магнитной стрелки, стрелка компаса все же повернется. Это говорит о том, что железный сердечник усиливает магнитное действие соленоида.

Электромагнит. Соленоид, внутри которого находится стальной сердечник, называют электромагнитом. Электромагниты широко применяют в технике. С их помощью создаются магнитные поля в электрических генераторах, электроизмерительных приборах, реле и т. д.

Магнитная проницаемость. Способность любого материала намагничиваться в той или другой степени определяется его магнитной проницаемостью. Магнитная проницаемость ферромагнитных материалов различна и превышает магнитную проницаемость вакуума. Число, показывающее, вo сколько раз магнитная проницаемость ферромагнитного материала больше магнитной проницаемости вакуума, называют относительной магнитной проницаемостью.

Пропуская ток по катушке с сердечником, создаем магнитное поле. Следовательно, сердечник катушки намагничивается. Чем больше сила тока и количество витков в катушке, тем больше намагничивается сердечник. Значит, величина намагничивающей силы равна произведению силы тока на количество витков проводника в катушке.

Напряженность. Магнитное поле, создаваемое проводником при прохождении по нему тока, характеризуется напряженностью, которую определяют при делении намагничивающей силы на длину, катушки и обозначают 1 а/м. Однако в практике обычно применяют другую единицу измерения, в 80 раз большую, чем 1 а/м, называемую эрстедом.

Магнитная индукция. Наряду с напряженностью магнитное поле характеризуется магнитной индукцией и магнитным потокам. Магнитная индукция характеризуется количеством магнитных силовых линий, приходящихся на единицу площади намагниченного материала, и измеряется в вб/м². Величину в 10 000 раз меньше 1 вб/м² называют гс.

Под магнитным потоком, проходящим через площадь, перпендикулярную магнитным линиям, подразумевают произведение магнитной индукции на площадь. Магнитный поток измеряют в веберах (вб) или максвеллах (мкс). 1 мкс=0,000 000 01 вб.

Проводник с током в магнитном поле. Если проводник электрической цепи, по которой идет ток, поместить в магнитное поле подковообразного магнита, проводник с током придет в движение. Убрав магнит, увидим, что проводник не движется. Следовательно, со стороны магнитного поля на проводник с током действует сила.

Рис. 2

Изменяя направление тока или направление магнитного поля, замечаем, что направление движений проводника также меняется. Иными словами, меняется направление силы, действующей па проводник.

Для определения направления движения проводника с током в магнитном поле (направление силы, действующей на проводник), применяют правило левой руки, которое гласит: расположив левую руку так, чтобы магнитные силовые линии входили в ладонь, а направление вытянутых пальцев показывало направление тока, тогда отогнутый большой палец покажет направление движения проводника с током (рис. 2).

Рис. 3

Электродвигатель постоянного тока. Поместим в магнитное поле подковообразного магнита прямоугольный виток проволоки (рамку) и пустим по нему ток (рис. 3). В частях проводника АВ и CD ток имеет разные направления, поэтому участок проводника АВ движется от нас за рисунок, а участок CD — к нам. Весь проводник повернется и установится так, что его плоскость будет перпендикулярна пронизывающим его магнитным силовым линиям (рис. 4). Если теперь из отдельных соединенных между собой проводников набрать катушку, установить ее в магнитном поле подковообразного магнита так, чтобы плоскость ее витков совпала с

Рис. 4

направлением силовых линий, и пустить по проводникам ток, катушка повернется и остановится в таком положении, когда плоскость ее витков окажется перпендикулярной направлению силовых линий. При изменении направления тока в проводниках они поворачиваются в магнитном поле на 180°. Чтобы повернуть проводники еще раз на 180°, нужно изменить направление тока в них в тот момент, когда они прошли уже положение равновесия.

Следовательно, если бы удалось придумать приспособление, позволяющее в необходимый момент менять направление тока в проводниках (катушке), проводники стали бы вращаться в магнитном поле до тех пор, пока в них проходил бы ток.

Для автоматического изменения направления тока применяют коллектор, который состоит из двух полуколец, укрепленных на той же оси, на которой находятся проводники. Ток к полукольцам подводится при помощи двух пластинок, называемых щетками, которые касаются полуколец. При вращении проводников вместе с ними вращаются и укрепленные на оси полукольца.

Магнитное поле действует на проводники с наибольшей силой, если плоскость их расположения идет вдоль силовых линий магнитного поля. Когда эта плоскость перпендикулярна силовым линиям, катушка вращается только по инерции. Следовательно, вращение проводников осуществляется толчками. Чтобы обеспечить равномерное вращение в электродвигателях, проводники располагают не в одной плоскости, а по окружности цилиндра. Система таких проводников, расположенных в определенном порядке на стальном цилиндре, составляет якорь электродвигателя, который вращается в магнитном поле, создаваемом сильным электромагнитом, получающим ток от того же источника, что и обмотка якоря.

Электромагнитная индукция. Мы уже установили, что ток производит магнитное действие: магнитная стрелка отклоняется под влиянием тока, проходящего по проводнику; железный стержень, помещенный внутри катушки с током, намагничивается; проводник с током, находясь в магнитном поле, приходит в движение.

Однако возможным оказывается обратное действие. При некоторых условиях магнитное поле может возбуждать электрический ток. При движении проводника в магнитном поле или изменении магнитного потока вокруг него в проводнике индуктируется (наводится) электродвижущая сила (э.д.с.), под действием которой в замкнутом проводнике образуется электрический ток. Было установлено, что электрический ток возникает в проводнике, если проводник и магнит движутся относительно друг друга. Но индукционный ток возникает и проводнике только при условии, что проводник при своем движении пересекает магнитные силовые линии. Если проводник движется вдоль силовых линий, не пересекая их, ток в нем не возникает. Индукционный ток возникает также в том случае, если вокруг проводника изменяется величина магнитного потока.

Рис. 5

Возникновение электрического тока в замкнутом проводнике при пересечении им магнитных силовых линий называют электромагнитной индукцией, возникающая электродвижущая сила (э.д.с)—индукционной, а ток — индукционным.

Направление индукционного тока определяют по правилу правой руки, которое заключается в следующем: четыре пальца правой руки укажут направление индукционного тока, если ладонь правой руки расположись так, чтобы магнитные силовые линии входили в нее, а большой палец указывал направление движения проводника в магнитном поле (рис. 5).

Самоиндукция. При замыкании и размыкании электрической цепи вокруг проводника создается и исчезает магнитное поле. Изменяющееся магнитное поле пересекает проводник и создает в нем электродвижущую силу самоиндукции — э.д.с. самоиндукции. При всяком изменении «собственного» магнитного поля проводника он пересекается «собственными магнитными» линиями и в нем возникает э.д.с. самоиндукции.

Индуктивность электрической цепи измеряется в генри (гн). Проводник обладает индуктивностью в 1 гн, если при равномерном изменении тока в проводнике на 1 а в 1 сек в нем наводится э.д.с. самоиндукции, равная 1 в.

Направление э.д.с. индукции и э.д.с. самоиндукции определяется по правилу левой руки (закон Ленца): направление э.д.с. индукции всегда таково, что вызванный ею ток и его магнитное поле имеют такое направление, что стремятся препятствовать причине, порождающей эту э.д.с. индукции.

Э.д.с. самоиндукции в электрических цепях может во много раз превосходить напряжение источника тока. Поэтому в цепях, обладающих большой индуктивностью, происходит пробой воздушного промежутка между контактами рубильников и выключателей. Образующаяся дуга или искра служит причиной обгорания и частично расплавления контактов.

Генератор постоянного тока. В основу работы генератора постоянного тока положен принцип электромагнитной индукции. Якорь с обмоткой вращается первичным двигателем (двигатель внутреннего сгорания, электродвигатель, турбина и т.п.) в магнитном поле полюсов электромагнитов. Электродвижущая сила, индуктируемая в проводниках обмотки якоря, при помощи коллектора и щеток отводится во внешнюю цепь. Коллектор обеспечивает получение постоянного тока.

Взаимоиндукция. Возьмем два проводника, намотаем из них две катушки, расположим эти катушки на некотором расстоянии друг от друга и по одной из катушек пропустим изменяющийся ток. Тогда магнитное поле, созданное этим током, пересечет витки второй катушки, в которой возникнет э.д.с. взаимоиндукции, а следовательно, и электрический ток взаимоиндукции. Ток в свою очередь послужит причиной появления магнитного поля, которое пересечет витки первой катушки, вызвав в ней также э.д.с взаимоиндукции. Этот процесс называют взаимной индукцией.

Трансформатор. На использовании явления взаимоиндукции основано действие трансформаторов, т. е. таких устройств, которые преобразуют переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты.

Трансформатор состоит из замкнутого стального сердечника, на котором помещены две катушки из изолированной проволоки с разным числом витков. Обмотку, подключаемую к источнику напряжения, называют первичной, а обмотку, к которой подключают потребители,— вторичной. Переменный ток, проходя по катушке, подключенной к источнику напряжения, все время перемагничивает сердечник, вследствие чего во второй катушке периодически меняется магнитное поле и возбуждается переменное напряжение.

При помощи трансформатора можно не только повышать, но и понижать напряжение. Для этого нужно ток с большим напряжением подвести к катушке с большим числом витков, тогда от катушки с малым числом витков получим ток с пониженным напряжением. Во сколько раз на вторичной катушке меньше число витков, чем на первичной, во столько раз меньше на ней напряжение, чем на первичной, и наоборот.

Если вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная, вторичное напряжение больше первичного и трансформатор называют повышающим. Если же вторичная обмотка имеет меньше витков, чем первичная, трансформатор называют понижающим.

Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки (или отношение первичного напряжения ко вторичному) называют коэффициентом трансформации.

Мощность тока, получаемая из вторичной обмотки трансформатора, равна мощности тока, посылаемого в первичную обмотку. Так как мощность тока является произведением напряжения на ток, то, повышая при помощи трансформатора напряжение, во столько же раз понижаем силу тока, и наоборот.

Режим, при котором вторичная обмотка трансформатора разомкнута, а на зажимы первичной обмотки подано напряжение, называют холостым ходом трансформатора.

Имеются трансформаторы, на сердечниках которых есть всего одна обмотка. К различным точкам этой обмотки присоединены одновременно и первичная и вторичная цепи. Такие трансформаторы называют автотрансформаторами. Их применяют в тех случаях, когда имеется небольшая разница между первичным и вторичным напряжением.

soedenimetall.ru

6.3. Электромагнетизм. Электромагнитная индукция – Энергетика: история, настоящее и будущее

6.3. Электромагнетизм. Электромагнитная индукция

Как правило, начиная со времен Гильберта ученые стали выводить законы природы из своих экспериментов. Так как никакой связи между магнитом и заряженным проводником не замечалось, то долгое время считалось, что никакой связи между электрическими и магнитными явлениями не существует. Поэтому, когда в 1802 году итальянский физик Джованни Романьози (1761–1835) заметил, что находящаяся вблизи проводника, по которому течет ток, магнитная стрелка изменяет свое направление, то он совершенно не оценил значения своего наблюдения.

В 1883 году в Вене проводилась электрическая выставка. На ней датчане выставили маленький компас. Незаметная вещь лежала в стороне от основного потока посетителей. А по справедливости следовало бы этот компас поместить в центр выставки, так как от него берет свое начало вся электротехника.

Вторично в начале 1820 года первооткрыватель электромагнетизма датский физик Ганс Христиан Эрстед сделал открытие совершенно нового электрического явления, заключавшегося в том, что при прохождении тока через проводник вокруг него образуется магнитное поле.

На одной из своих лекций по физике он решил продемонстрировать студентам отсутствие связи между электричеством и магнетизмом, включив электрический ток вблизи магнитной стрелки. По словам одного из слушателей, Эрстед был совершенно ошарашен, увидев, как магнитная стрелка после включения тока начала совершать колебания. Эрстед сумел отказаться от своих прежних воззрений (и это является его большой заслугой) и случайное наблюдение принять за экспериментально установленный факт.

Соединив длинным проводом полюсы гальванической батареи, Эрстед протянул провод горизонтально и параллельно подвешенной свободно магнитной стрелке. Как только включали ток, стрелка немедленно отклонялась, стремясь стать перпендикулярно к направлению провода. При изменении направления тока стрелка отклонялась в другую сторону (рис. 6.5, 6.6). Своими опытами Эрстед доказал, что ток производит в окружающем его пространстве маг- нитное действие. Результаты исследования Эрстед изложил в своем знаменитом мемуаре «О воздействии электрического конфликта на магнитную стрелку». В этой работе «электрическим конфликтом» был назван электрический ток.

Ганс Христиан Эрстед (1777–1851) известен своими трудами по электричеству, акустике, молекулярной физике. Поступив в Копенгагенский университет, он изучает медицину, физику, астрономию, философию, поэзию. В 1806 году становится профессором Копенгагенского университета. 

Эта небольшая, всего в пять страниц, работа Эрстеда в том же году была издана в Копенгагене на шести языках. Сами опыты его были повторены осенью 1820 года швейцарским естествоиспытателем де ля Ривом на съезде естествоиспытателей в Женеве. На этом съезде присутствовал член Парижской академии наук Араго, который по возвращении на заседании академии показал опыт Эрстеда, где его впервые увидел Андре Ампер. До конца 1820 года Араго провел ряд исследований, из которых наиболее важным было открытие в 1824 году явления увлечения медного диска вращающимся вблизи него магнитом. Это явление, названное «магнетизмом вращения», долгое время оставалось лишь эффектным физическим опытом. Позднее оно послужило основой многих практических изобретений и, в частности, электродвигателя переменного тока.

Открытие взаимодействия между током и магнитом было важным шагом на пути утверждения идеи единства сил природы и стало началом новой эпохи в учении об электричестве и магнетизме. Это взаимодействие сыграло важную роль в развитии техники физического эксперимента. Ведь по отклонению магнитной стрелки можно было судить о силе проходящего вблизи нее электрического тока.

Сообщение Эрстеда поразило его современников. Каждый, кто имел в своем распоряжении компас и простейший источник тока, стремился собственными глазами увидеть загадочное отклонение магнитной стрелки. В августе 1820 года еще относительно молодой и не вполне опытный, но ставший впоследствии великим, английский физик Майкл Фарадей повторил эти опыты, убедившись, что Эрстед прав: протекание тока в проводе неизбежно вызывало отклонение размещенной поблизости магнитной стрелки. Но правильно истолковать результаты опытов Эрстеда было суждено не Фарадею, а французскому физику Андре Амперу, узнавшему об опытах Эрстеда на месяц позже Фарадея. Этот «докучливый умник Ампер» опередил всех, создав всего за две недели свою стройную теорию образования магнетизма за счет электричества.

Рис. 6.5. Эрстед демонстрирует отклонение магнитной стрелки под действием электрического тока (по рисунку Р.Шторха)

Рис. 6.6. Отклонение магнитной стрелки под действием тока

В том же 1820 году Ампер выступает с сообщением о новом явлении – взаимодействии двух проводников, по которым течет ток, и устанавливает закон этого взаимодействия (позднее названный законом Ампера). В этом сообщении ученый делает вывод, что «все магнитные явления сводятся к чисто электрическим эффектам». Согласно гипотезе Ампера, любой магнит содержит внутри себя множество круговых электрических токов, действием которых и объясняются магнитные силы.

В течение очень короткого времени он выполнил ряд важных исследований, блестяще подтверждавших его мысли. Позднее все полученные результаты были систематизированы Ампером в его книге «Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта», опубликованной в 1826 году.

Андре Мари Ампер (1775–1836) Проводя детство и отрочество в поместье своего отца, Ампер основательно изучил все 20 томов энциклопедического словаря, издававшегося Д’Аламбером и Дидро. К 12 годам Ампер самостоятельно разобрался в основах высшей математики – дифференциальном исчислении, научился интегрировать, а в возрасте 13 лет уже представил свои первые работы по математике в Лионскую академию! Именно Амперу принадлежит заслуга введения в науку терминов «электростатика», «электродинамика», «электродвижущая сила», «напряжение», «гальванометр», «электрический ток» и даже… «кибернетика».

Ампер не только догадался, что при изучении магнитного взаимодействия нужно прежде всего исследовать взаимодействие электрических токов, но сам тут же занялся экспериментальными исследованиями этого взаимодействия. В частности, Ампер экспериментально установил, что два проводника, расположенные параллельно друг другу, испытывают взаимное притяжение при пропускании через них электрического тока в одном направлении и отталкиваются, если токи имеют противоположные направления. Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током (сила Ампера), пропорциональна длине проводника, величине тока, проходящего по нему, и зависит от ориентации проводника в магнитном поле.

Направление вектора силы Ампера определяется правилом левой руки, в соответствии с которым необходимо расположить левую руку так, чтобы четыре пальца указывали направление тока в проводнике, а вектор магнитной индукции входил бы в ладонь перпендикулярно. Тогда большой палец, отогнутый под прямым углом в плоскости ладони, будет указывать направление вектора силы Ампера.

Прошло еще два года, и Ампер открыл магнитный эффект катушки с током. «Всякий проводник с током, – писал Ампер, – создает вокруг себя магнитное поле, силовые линии которого образуют круги, концентричные относительно средней линии проводника и лежащие в плоскостях, нормальных к элементам проводника». Магнитное действие электрического тока еще более усиливается, когда проводящая проволока скручена в несколько параллельных колец, изолированных друг от друга. Такую форму проводника Ампер предложил назвать соленоидом.

Соленоид Ампера (рис. 6.7) представляет собой полное подобие магнита. Поместив его концы S 1 и S 2 в сосуды с ртутью таким образом, чтобы весь соленоид мог свободно вращаться вокруг вертикальной

оси, проходящей через S 1 и S 2, и, пропустив через него ток, Ампер установил, что он, как обыкновенный магнит, установится по осевому направлению в плоскости магнитного меридиана. Если приблизить к соленоиду магнит, то одним концом соленоид будет к нему притягиваться, а от другого отталкиваться, причем направление притягивания и отталкивания зависит от направления тока в соленоиде.

 

Рис. 6.9. Электромагнит

Рис. 6.7. Соленоид Ампера

Рис. 6.8. Соленоид с железнім сердечником

Установленное Ампером соотношение между током и магнитом навело его на мысль искать причину магнетизма в возникновении молекулярных гальванических токов, обтекающих каждую частицу магнитного тела. Металлический стержень, будучи помещен внутрь спирально скрученной изолированной проволоки (рис. 6.8), значительно увеличивает действие последней на магнит или на другой проводник с током. Сам стержень при этом также намагничивается, образуя южный и северный полюсы. По правилу, установленному Ампером, северный полюс образуется на том конце стержня, который будет слева у наблюдателя, перемещающегося по направлению тока и обращенного лицом к магнитному стержню. Следуя этому правилу, можно определить, что у стержня на рис. 6.8 южный полюс будет находится слева, а северный – справа.

Экспериментируя с различными материалами, Ампер установил, что мягкое железо теряет весь магнетизм сразу после прекращения тока, а сталь, наоборот, сохраняет магнитные свойства долгое время после прекращения тока. Еще лучший

эффект достигается с использованием электромагнитов – железных стержней, окруженных проволочной спиральной обмоткой, по которой пропускается электрический ток (рис. 6.9).

Пока продолжается циркуляция тока, им можно пользоваться как обыкновенным магнитом. При этом ток должен быть пропущен в направлении, указанном стрелками. Сила магнита возрастает с увеличением числа витков обмотки и величины протекающего по ней тока. На рис. 6.10 представлен один из образцов промышленных электромагнитов, представляющих собой два вертикальных железных цилиндрических сердечника, укрепленных на горизонтальном железном основании. Каждый из сердечников окружен тремя обмотками с отдельными выводами, благодаря которым можно применять последовательное, параллельное или смешанное соединение обмоток.

Рис. 6.10. Промышленный электромагнит

Явление электромагнетизма было совершенно новой областью, которой начали заниматься физики-исследователи. Наиболее выдающиеся открытия в этой области выпали на долю знаменитого английского физика Майкла Фарадея.

Майкл Фарадей (1791–1867) «Сын кузнеца, подмастерье переплетчика в своей ранней юности, – писал о Фарадее известный русский физик А.Г. Столетов, – Фарадей кончил жизнь членом всех ученых обществ, бесспорно признанным главой физиков своего времени. Никогда со времен Галилея свет не видел стольких поразительных и разнообразных открытий, вышедших из одной головы, и едва ли скоро увидит другого Фарадея».

В 1831 году на лекции в Королевском институте английский физик Майкл Фарадей объясняет открытое им явление электромагнитной индукции. Ученый ясно представляет практическую значимость своего открытия. На вопрос будущего премьер-министра Гладстона, присутствовавшего при объяснении, «Какая же в конце концов от всего этого польза?» Фарадей с достоинством ответил: «Сэр, не лишено возможности, что ещё при моей жизни из всего этого вы будете извлекать налоги». Через несколько дней после открытия электромагнитной индукции Фарадей набрасывает пером на бумаге и строит первый в мире электрогенератор. Очень интересно, что Фарадей изобрел униполярный генератор, то есть наиболее сложный по принципу действия из всех генераторов, известных сегодня. Еще интереснее, что точно такой же по принципу действия генератор Фарадей мог получить еще на 9 лет раньше. Стоило ему самому начать крутить вокруг магнита проволочку своего первого двигателя, а не ждать, пока она закрутится при пропускании тока, и он имел бы электрогенератор! Ведь сейчас каждому школьнику известно, что электродвигатель и электрогенератор обратимы! Но Фарадей не догадался покрутить проволочку вокруг магнитика…

Одержимый идеями о неразрывной связи и взаимовлиянии сил природы, Фарадей безуспешно пытался каким-то образом показать, что раз уж с помощью электричества Ампер мог создавать магниты, точно так же с помощью магнитов можно создавать электричество. Логика его была проста: механическая работа легко переходит в тепло и, наоборот, тепло можно преобразовать в механическую работу (скажем, в паровозе). Если с помощью электричества получают магнетизм, то, по-видимому, возможно «получить электричество из обычного магнетизма». Такую же задачу поставил перед собой и Ампер в Париже, но он вскоре решил, что задача безнадежна.

Блестящее мастерство Фарадея-экспериментатора и его одержимость дали результат – через 11 лет после опытов Эрстеда. 17 октября 1831 года он, быстро вдвигая железный сердечник в катушку, убедился в том, что в какой-то момент в цепи катушки возникает ток. Будь прибор Фарадея не на виду у него или у его ассистента в тот самый момент, когда он вставлял сердечник, неизвестно, сколько времени ему пришлось бы биться над своей задачей.

Интересно, что до Фарадея абсолютно такие же опыты проводил Ампер. Чтобы избежать ошибок, связанных с сотрясением приборов, и Фарадей, и Ампер поместили измерительный прибор в отдельную комнату. Разница, казалось бы, была очень небольшой: Ампер сначала вдвигал сердечник, а потом следовал в соседнюю комнату посмотреть, не появился ли ток. Пока Ампер шел из комнаты в комнату, ток, который возникает лишь во время вдвигания железного сердечника в катушку, то есть во время изменения магнитного поля во времени, уже успокаивался, и Ампер, перейдя в соседнюю комнату, убеждался в том, что «никакого эффекта нет». Фарадей же работал с ассистентом. Можно снова и снова повторять: «И от этих случайных обстоятельств зависело великое открытие!».

Исследования Ампера доказали, что катушка, по которой шел ток от гальванической батареи, обладает свойствами магнита. И Фарадей понял, что задача «превратить в электричество магнетизм» уже решена. Он взял железное кольцо, обмотал его в двух местах медной проволокой, изолированной от кольца, одну обмотку включил в цепь с гальваническим источником, а другую соединил с гальванометром. В момент, когда он пускал ток по одной обмотке, магнитная стрелка гальванометра внезапно отклонялась. Значит, в соединенной с ним обмотке проходил в этот момент ток. Фарадею удалось даже впервые получить искру индукционного тока, сблизив концы проволоки разомкнутой обмотки.

В результате опытов Фарадей обнаружил, что когда движущийся проводник пересекает силовые линии магнитного поля, в проводнике под действием электромагнитной индукции наводится электродвижущая сила (э.д.с.), вызывающая ток в цепи, в которую входит этот проводник. Он первым ввел представление о магнитных силовых линиях, совокупность которых составляет магнитное поле как физическую реальность. Наведенная э.д.с. меняется прямо пропорционально скорости движения, числу проводников, а также напряжённости магнитного поля. Иначе говоря, наведенная э.д.с. прямо пропорциональна скорости движения проводника и количеству силовых линий, пересекаемых проводником в единицу времени. Таким образом, опыты Фарадея показали, что электромагнитная индукция возникает как в неподвижном проводнике, находящемся в переменном магнитном поле, так и в проводнике, который перемещается в постоянном магнитном поле. Им было доказано, что наведение тока имеет место только при движении проводника поперек магнитных силовых линий. Отсюда вытекала возможность генерирования электрического тока при перемещении замкнутого проводника в поле магнита.

Правильно поняв открытое им явление, Фарадей поставил другой решающий опыт. Он поместил между полюсами сильного магнита медный диск, который можно было вращать от руки. При вращении диска в нем возникал электрический ток, шедший от центра к периферии. С помощью металлических проводников, скользящих по диску в центре и на окружности, ток отводился во внешнюю цепь. Так Фарадей осуществил «превращение магнетизма в электричество».

Дальнейшие исследования электромагнитной индукции привели к установлению закона о направлении индуктированного тока. Этот закон был сформулирован в 1832 г. русским академиком Э.Х. Ленцем. Он давал возможность предсказывать направление наведенного тока и, кроме того, позволил Ленцу установить важный для электротехники принцип – обратимость генераторного и двигательного режимов электрической машины.

Исследования М. Фарадея и работы Э. Ленца, сформулировавшего закон, по которому можно было определить направление электрического тока, возникающего в результате электромагнитной индукции, дали возможность создать первые электромагнитные генераторы и электродвигатели.

Перемещая вручную одиночный проводник или проволочную катушку в магнитном поле, больших токов получить нельзя. Более эффективным способом является намотка провода на большую катушку или изготовление катушки в виде барабана. Катушку затем насаживают на вал, располагаемый между полюсами магнита и вращаемый силой воды или пара. Так, в сущности, и устроен современный генератор электрического тока, который относится к механическим источникам электрического тока и активно используется человечеством в настоящее время.

Генераторы электрического тока на заводе, расположенном в маленьком городе Йолотан, в современном Туркменестане на реке Мургаб. На турбинах видны метки, указывающие на то, что они были произведены в Венгрии (из наследия Сергея Михайловича Прокудина-Горского, ок.1907–1915. Цифровое цветное изображение. Отдел эстампов и фотографий, библиотека Конгресса США).

energetika.in.ua

---