§ 1.1.2.5. Перетворення електричної енерг і ї у механічну. Магнітна індукція

Якщо провід зі струмом внести у магнітне поле постійного магніту, то в результаті взаємодії силових ліній магнітних полів навколо проводу створиться результуюче магнітне поле, яке з одного боку проводу матиме більшу густину силових ліній, а з другого — меншу. Внаслідок цього створюється механічна сила

де В — індукція; l — довжина проводу; — кут між силовими лініями магнітного поля постійного магніту та проводом. Ця механічна сила буде виштовхувати провід у бік меншої густини силових ліній (рис. 1.1.2.5). Напрям виштовхування проводу зі стру­мом з постійного магнітного поля визначають за правилом лівої руки. Якщо долоню лівої руки покласти так, щоб чотири витягнуті пальці показували напрям струму, то відігнутий великий палець покаже напрям виштовхування проводу, тобто північний полюс. Це явище називається магнітною індукцією. Воно використову­ється в електродвигунах, де проводи зі струмом рухомого якоря виштовхуються магнітним полем нерухомого статора, внаслідок чого якір обертається.

Завдяки силам магнітної індукції два паралельні проводи зі струмом притягуються, якщо струми у проводах мають однаковий напрям, і відштовхуються, якщо струми у проводах мають про­тилежний напрям.

§ 1.1.2.6. Перетворення механічної енергії в електричну.

Електромагнітна індукція

Якщо обертати постійний магніт, нейтраль якого закріплена на осі так, щоб його магнітне поле перетинало нерухому обмотку, закріплену на осерді, що має вигляд кола, то механічна енергія обертання буде перетворюватися в електричну енергію обмотки, а цей пристрій стане електричним генератором змінного струму.

У такому генераторі має місце явище електромагнітної індукції. Під час обер­тання постійного магніту (ротора) меха­нічною силою його магнітне поле буде перетинати нерухому обмотку статора. Обертаючись, північний полюс ротора пожене з обмотки статора вільні елек­трони в одному напрямі, а південний полюс — у протилежному. Отже, на ви­водах обмотки статора створюється змін­на за напрямом е.р.с. електромагнітної індукції (рис. 1.1.2.6). Магнітне поле ротора жене через обмотку статора вільні електрони внаслідок взаємодії силових ліній маг­нітного поля статора з силовими лініями мікромагнітних полів вільних електронів.

Рис.1.1.2.6. До пояснення пе­ретворення

механічної енергії в електричну.

Електрорушійна сила електромагнітної індукції в обмотці си­нусоїдально змінюється за величиною тому, що при обертанні ротора перед обмоткою змінюється магнітна індукція (щільність силових ліній). Якщо перед обмоткою обертається центр полюса ротора, то щільність силових ліній та е.р.с. досягають макси­мального значення. Якщо перед обмоткою обертається нейтраль ротора, то ці величини мають нульове значення. Електрорушійна сила електромагнітної індукції визначається за формулою

де В — індукція; l — довжина проводу; — кут між магнітними лініями та ротором; v — швидкість обертання.

Отже, обертаючи ротор у середині статора, одержують на виводах статора змінну за напрямом та величиною е.р.с. Якщо до обмотки генератора ввімкнути споживачі, то вони одержать змінний струм, сила якого залежатиме від опору споживачів.

Магнітне поле, утворене струмом в обмотках генератора ін­дукованою е.р.с, буде мати напрям, протилежний обертанню основного магнітного поля , і спричинятиме гальмування ротора.

Отже, чим більшу силу струму виробляє генератор, тим більше гальмується його ротор. Щоб запобігти гальмуванню, витрачається механічна енергія турбіни, яка обертає ротор генератора.