Электромагнитная индукция. Физика

Вспомним опыт с проводником в магнитном поле, который мы рассмотрели в § 10-г. При включении тока проводник двигался. Но оказывается, что существует и обратное явление: если двигать проводник, находящийся в магнитном поле, то будет возникать электрический ток. Для опыта воспользуемся уже знакомой нам проволочной рамкой.


Электромагнитная индукция. Физика

     

Подключим к рамке осциллограф – электронный прибор для визуального изучения быстро меняющихся электрических токов. Взявшись за рамку, повернём её в магнитном поле (см. рисунок). В это время осциллограф покажет волнообразную линию. Значит, в рамке возник изменяющийся (переменный) электрический ток.
Возникновение тока в проводнике, движущемся в магнитном поле (или в неподвижном проводнике, вокруг которого движется магнитное поле), называется электромагнитной индукцией. Ток, возникающий при этом, называется индукционным, а устройства для его получения –индукционными электрогенераторами. В таких генераторах происходит превращение механической энергии движущегося проводника (или магнита) в энергию электрического тока. Более 100 лет этот способ является главным для получения электроэнергии в промышленных масштабах.
Основные части индукционного генератора следующие. Статор – неподвижная часть генератора. В опыте с рамкой статором являлись полюсы магнита и чашечки-контакты, между которыми находится рамка. Вращающаяся часть генератора – ротор. Как правило, он содержит не одну проволочную рамку, а множество проволочных обмоток. В наиболее мощных генераторах проволочные обмотки неподвижны и закреплены на статоре, а движется магнитное поле – вместе с расположенными на роторе электромагнитами. Так устроены все генераторы крупных электростанций.


     

Электромагнитная индукция. Физика

Как мы уже отметили, для возникновения индукционного тока необязательно, чтобы двигался именно проводник. Ток будет возникать и в том случае, если будет двигаться магнитное поле по отношению к проводнику (см. рисунок). Вдвигая в катушку магнит, мы «вдвигаем» внутрь неё и магнитное поле. И наоборот. Когда магнит движется, осциллограф отмечает наличие тока.
На графике показано, как с течением времени (ось t) меняется сила (ось I) индукционного тока. В точке А началось наблюдение. Сначала график шёл вверх (точки A, B, C), то есть сила тока увеличивалась. Затем, достигнув максимума (точка C), сила тока начала уменьшаться (точки C, D, E), и в точке E ток на мгновение стал равен нулю. В этот момент «+» и «–» на концах катушки (правый рисунок) или рамки (левый рисунок) поменялись местами, то есть электроны в проводнике двинулись обратно.
Электромагнитная индукция. Физика
При движении по графику через точки C, D, E мы наблюдали уменьшение силы тока, а при движении через точки E, F, G сила тока возрастала и вновь достигла максимума в точке G. Продвигаясь через точки G, H, K, мы наблюдаем постепенное уменьшение силы тока до нуля (точка K). В этот момент «+» и «–» на концах рамки вновь меняются местами. После этого сила тока вновь будет расти, достигнет максимума, начнёт уменьшаться и снова обратится в ноль: ток опять сменит направление.
В промышленности стран Европы наибольшее распространение получил переменный ток, изменяющий своё направление 100 раз в секунду. Это значит, что за каждую секунду во всех проводах и электроприборах вашей квартиры ток идёт 50 раз в одну сторону и 50 раз в обратную сторону (говорят: частота тока 50 герц).

 

Страница обновлена: 27.09.2016