Электричество шаг за шагом

Р-55. ДВИГАЕМСЯ ПО ЗНАКОМОЙ ДОРОГЕ: ОТ РАМКИ «ДВИГАТЕЛЬ» К РАМКЕ «ГЕНЕРАТОР». Правило левой руки (Р-50) помогло нам разобраться с работой двигателя, определить направление, в котором внешнее магнитное поле двигает проводник с током. Точно так же правило правой руки (1 на этом рисунке) помогает разобраться с генератором — определить, как направлена наведённая в проводнике ЭДС, если мы двигаем этот проводник в магнитом поле. Правило правой руки утверждает, что, когда ладонь направлена в сторону северного полюса внешнего магнита и когда отогнутый большой палец указывает направление движения проводника, то вытянутые четыре пальца показывают направление э.д.с. (и тока при замкнутой цепи), наведённой в результате электромагнитной индукции. Сходство ситуаций в правилах левой руки и правой руки, а также общий главный герой — проводник, дают повод думать об обратимости электрических машин. Во многих случаях такая обратимость действительно существует — двигатель может работать генератором, генератор — двигателем. В надежде на обратимость и не меняя систему скользящих контактов, превратим рамку «ротор двигателя» в рамку «ротор генератора», вращая её для этого отдельным двигателем (2). Осциллограф покажет, что мы не ошиблись, — на проводах, к которым раньше подключалась батарея питания двигателя, теперь действует напряжение, наведённое в результате электромагнитной индукции. В каком-то смысле это постоянное напряжение — оно, как и батарея, действует только в одном направлении, такова система переключения проводов а и Ь. Но по величине наведённое напряжение меняется — на разных участках своего пути провода рамки а и b с разной скоростью пересекают магнитное поле (3).

На рисунке Р-57 показан график переменной э.д.с. (тока), которая наводится в проводнике при его вращении в магнитном поле. Фактически в магнитном поле вращается рамка, при этом её работающие (горизонтальные) проводники всегда пересекают магнитное поле в разных направлениях, и в них наводится э.д.с. разной полярности. Но проводники рамки соединены последовательно (не забыли? аналогично двум гальваническим элементам в батарее), и обе наведённые на них э.д.с. складываются. Поэтому, рассматривая события в этом простейшем генераторе, можно для упрощения картины опять же считать, что в магнитном поле движется один проводник.

На графике Р-57.2 время, как обычно, отложено по горизонтальной оси (ось х), но отмеряется в новых для нас условных единицах времени — в градусах. Можно было, конечно, выбрать миллисекунды или микросекунды, но более удобны и к тому же приняты во всем мире градусы. Рамка совершает полный оборот за время в 360°, в моменты 90° и 270° наведённая в ней э.д.с. достигает максимума, то есть своей амплитуды, в это время проводник с максимальной скоростью пересекает магнитное поле. Наконец, график рассказывает, что дважды за каждый оборот проводник движется не поперек поля, а вдоль и затем (пересекая условную горизонтальную линию) меняет направление, в котором он пересекал поле. В эти моменты — они соответствуют точкам (то есть моментам времени) 180° и 360° — э.д.с. равна нулю, и в эти же моменты происходит смена её полярности.