Электричество шаг за шагом

В первых своих попытках создать электрогенератор мы вращали проволочную рамку в магнитном поле и убедились, что в полном соответствии с законами электромагнитной индукции в рамке действительно наводится электродвижущая сила — генератор работает. Однако оказалось, что полярность наведённой э.д.с. дважды в течение одного оборота рамки меняется, и если не принять специальных мер (переключение выводов рамки с помощью коллектора), то на выводах, или, как часто говорят, на зажимах генератора, «плюс» и «минус» дважды в течение каждого оборота рамки будут меняться местами. Таким образом, мы фактически получили бы генератор переменной э.д.с., который, естественно, создавал бы в цепи переменный ток — ток, который периодически меняет своё направление, идет туда-обратно. Приученные батарейкой карманного фонарика к тому, что «плюс» и «минус» никогда своих мест не меняют, что они всегда на одних и тех же зажимах генератора, мы тут же нашли способ сохранить неизменную полярность — подключили рамку к выводам генератора через переключатель, вращающийся вместе с ней, через коллектор. Но, решив задачу, есть смысл осмотреться и увидеть, что вся электроэнергетика — это в основном энергетика переменного тока. И что, столь долго путешествуя по электрическому миру, пора обратить внимание и на него.

Т-117. Если в магнитном поле равномерно вращать проводник, то в нём наведётся переменная синусоидальная э.д.с. Настал момент более внимательно всмотреться в проводник, который вращается в магнитном поле, понаблюдать, как меняется наведённая в нём электродвижущая сила (Р-56). Для начала вспомним, что наведённая э.д.с. зависит от скорости движения проводника. Но речь идёт не о движении вообще, куда угодно. Наведённая в проводнике э.д.с. зависит от того, с какой скоростью проводник пересекает магнитное поле, с какой скоростью он движется перпендикулярно полю, перпендикулярно направлению, в котором в этом поле установилась бы пробная магнитная стрелка. Для начала посмотрим на простейшую модель машинного электрогенератора переменной э.д.с., где она наводится в рамке и снимается с двух вращающихся металлических колец с помощью двух скользящих контактов. Процесс наведения этой э.д.с. очень прост и в то же время очень важен, поэтому мы сейчас разберём его подробно, как говорится, раз и навсегда.

Когда провода a и b рамки проходят в районе полюсов внешнего (статорного) магнита, в них наводится максимальная электродвижущая сила. И совсем не потому, что провода a и b находятся вблизи от полюсов внешнего магнита, это здесь ни при чём. Напряжение возрастает потому, что, двигаясь по своему круговому маршруту, оба провода a и b рамки именно в районе полюсов с наибольшей скоростью пересекают магнитное поле. А двигаясь в районе проходящей через центр (через ось генератора) условной горизонтальной линии, провода a и b (при неизменной скорости движения по кругу!) практически не пересекают магнитное поле, двигаются вдоль условных магнитных линий, соединяющих северный полюс внешнего магнита с южным. Естественно, что в этом районе наведённая э.д.с. очень мала и в какой-то момент даже равна нулю.