Электричество шаг за шагом

Р-51. БЛЕСТЯЩАЯ ИДЕЯ СКОЛЬЗЯЩИХ КОНТАКТОВ В НАЧАЛЕ ПРИНОСИТ РАЗОЧАРОВАНИЕ. Без долгих рассуждений и дискуссий примем решение: электрический двигатель должен создавать вращательное движение, наиболее удобное для многих областей техники. В простейшем случае неподвижная часть двигателя (статор) — это постоянный магнит или электромагнит, между его полюсами находится вращающаяся часть двигателя (ротор), по обмотке которого мы пропускаем ток. Этот ток нужно пропускать так, чтобы провода ротора всегда поддерживали его вращательное движение, выталкиваясь из внешнего магнитного поля. Чтобы упростить картину, будем считать, что в двигателе используется простейший ротор, выполненный в виде рамки, По её проводам а и б идёт ток, полученный от какого-либо генератора, например от батареи. Рамка непрерывно вращается, и поэтому самый простой способ подвести к ней ток — это использовать контакты батареи, скользящие по вращающимся контактным кольцам на оси двигателя, к которым подключены провода рамки (1). Однако простая и гениальная идея скользящих контактов и вращающихся вместе с осью двигателя двух контактных колец, соединённых с проводами рамки, в данном случае не работает. Когда рамка окажется в горизонтальном положении, движение прекратится, к этому приведёт определённое по правилу левой руки выталкивание проводов а и б из внешнего магнитного поля (2).

Познакомившись с физической основой электродвигателя, с воздействием магнитного поля на проводник с током, мы тут же, используя великое открытие Фарадея, освоили и обратный процесс: если перемещать проводник в магнитном поле, то в этом проводнике наведётся электродвижущая сила, и он, по сути дела, превратится в источник электрической энергии, в генератор. Правда, от первых фарадеевских опытов до реального генератора ещё далековато — чтобы непрерывно получать от проводника электродвижущую силу, проводник этот нужно двигать тоже непрерывно.

Пытаясь найти решение, пойдём по проторенной дорожке — будем непрерывно вращать проводник в магнитном поле. Для удобства вращать будем сразу два проводника, такую же, как в двигателе, рамку. Наведённую э.д.с. (ток) можно снимать с вращающейся рамки через два знакомых нам полукольца простейшего коллектора с двумя скользящими контактами (Р-55). Мы пытаемся воспроизвести генератор постоянного тока, других генераторов мы пока просто не знаем. Коротко говоря, нам нужно, чтобы в проводах рамки наведённый ток всегда двигался в одну и ту же сторону.

Вспомнив правило правой руки (Р-55.1), обнаружим, что э.д.с., наведённая в обоих проводниках рамки, всегда будет складываться, напоминая последовательное включение двух гальванических элементов. При переходе из верхней полуокружности в нижнюю или из нижней в верхнюю каждый из проводников начнёт пересекать магнитное поле в противоположном направлении, и необходимая нам полярность э.д.с., наведённой в проводниках рамки, изменится на обратную. Именно в этот момент коллектор произведёт необходимые переключения, и полярность напряжения на выходе генератора не изменится, «плюс» и «минус» останутся на тех же скользящих контактах (выводы генератора), на каких и были.