Естествознание

Вновь вернемся к опыту с гибким проводом, который мы рассмотрели в § 11-г. При включении тока провод начинал двигаться. В этом случае электрическая энергия тока превращалась в кинетическую энергию провода. Попробуем пронаблюдать обратное превращение энергии. Воспользуемся уже знакомой нам рамкой.

Подключим к рамке осциллограф - прибор для визуального исследования электрических токов. Взявшись за рамку рукой, быстро повернем ее внутри магнита. В это время осциллограф покажет волнообразную линию - синусоиду. Это значит, что в рамке возник электрический ток, то возрастающий, то убывающий с течением времени (график справа).

Явление возникновения электрического тока в проводнике, пересекающем линии магнитного поля, называется явлением электромагнитной индукции. Ток, возникающий при этом, называется индукционным током, а устройства, служащие для его получения, - индукционными электрогенераторами.

В генераторе происходит превращение механической энергии движущегося проводника в энергию электрического тока. Уже более 100 лет этот способ является основным способом получения электроэнергии в больших масштабах для промышленных нужд. Для возникновения явления электромагнитной индукции совершенно необязательно, чтобы проводник двигался в магнитном поле. Важно

Пока ее двойная сторона углубляется в межполюсное пространство магнита (а одинарная - выдвигается из него), гальванометр отмечает ток одного направления. Когда же рамка совершит пол-оборота, и углубляться внутрь магнита будет уже ее одинарная сторона (а двойная - выдвигаться из него), гальванометр отметит появление тока противоположного направления.

Рассматривая вращение рамки между полюсами магнита, мы выяснили, что каждые пол-оборота рамки гальванометр отмечает смену направления тока. Другими словами, индукционный ток, вырабатываемый нашим генератором, является переменным током.

На графике показано, как с течением времени (t) меняется сила (I) такого тока. В точке А началось наблюдение. Сначала график шел 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 рамки поменялись местами.

Если при движении по графику через т. C, D, E мы наблюдали уменьшение силы тока, то, при движении через т. E, F, G сила тока возрастает и вновь достигает максимума в т. G. Продвигаясь через т. G, H, K, мы наблюдаем постепенное уменьшение силы тока до нуля (точка K). В этот момент "+" и "-" на концах рамки вновь меняются местами. Через некоторое время сила тока вновь станет расти, достигнет максимума, начнет уменьшаться и снова обратится в ноль: ток опять сменит направление.

Основные части индукционного генератора следующие. Статор - неподвижная часть генератора. В опыте с вращающейся рамкой статором являлись магнит и контакты, между которыми зажата рамка. Ротор - вращающаяся часть генератора. Чаще всего ротор содержит не одну проволочную рамку, а целое множество проволочных обмоток. На рисунке показан ротор, содержащий цилиндрический сердечник, две проволочных обмотки и коллектор с четырьмя контактами на валу.

Существуют также генераторы, на роторе которых находятся магниты, а обмотки, где индуцируется ток, размещены на внутренней поверхности статора. Именно так устроены мощные генераторы тока, установленные на крупных электростанциях.