9. 3. Вопросы

1. Как может быть увеличена длина магнита без физичес­кого воздействия на магнит?

2. Что такое остаточный магнетизм?

3. Как работает магнитный экран?

4. Как электромагнитная индукция используется для по­лучения электричества?

9. 4. Применения магнетизма и электромагнетизма

Генератор переменного тока преобразует механическую энергию в электрическую, используя принцип электромаг­нитной индукции. Механическая энергия необходима для осуществления движения проводника относительно маг­нитного поля.

На рис. 9-14 изображена рамка (проводник), вращаю­щаяся в магнитном поле. Рамка имеет светлую и темную стороны для удобства объяснения. В момент, показанный на (А), темная половина рамки движется параллельно си­ловым линиям, как и светлая половина. Напряжение не индуцируется. При повороте рамки в положение (Б) она пересекает силовые линии, и напряжение индуцируется. В этом положении индуцированное напряжение макси­мально, так как плоскость рамки образует прямой угол с магнитным полем. При перемещении рамки в положение В количество пересекаемых силовых линий уменьшается, и индуцированное напряжение убывает от максимально­го значения до нуля. В этот момент рамка повернулась на 180 градусов или совершила пол-оборота.

Направление тока можно определить, применяя прави­ло левой руки для генераторов. Направление тока в поло­жении Б показано стрелкой. Когда рамка поворачивается в положение Г, направления перемещения меняются. Те­перь темная половина рамки движется вверх через магнит­ные силовые линии, а светлая половина рамки движется вниз. Применение правила левой руки для генераторов показывает, что индуцированное напряжение изменяет полярность. Напряжение достигает максимума в положе­нии Г и уменьшается до нуля, когда рамка возвращается в исходное положение. Индуцированное напряжение завер­шило один цикл с двумя сменами полярности.

(А)

г

(Б)

	\1ш

Lev

(В)

Рис. 9-14. Индуцированное напряжение в генераторе переменного тока

(П

(Д)

Вращающаяся рамка называется якорем, причем якорь может иметь любое количество рамок. Термин «якорь» от­носится к детали, которая вращается в магнитном поле, не­зависимо от того, из одной или из нескольких рамок она состоит. Частота переменного тока или напряжения — это число полных оборотов якоря в секунду, а скорость вра­щения определяет частоту. Такое устройство называют ге нератором переменного тока.

(А)

Рис. 9-15 Индуцированное напряжение в генераторе постоянного тока.

(Б)

(В)

ас-

(П

1ЛЛ

(Д)

Генератор постоянного тока также преобразует механи­ческую энергию в электрическую. Он работает подобно ге­нератору переменного тока, за исключением того, что пре­образует переменное напряжение в постоянное, и делает это с помощью устройства, называемого коллектором, как по­казано на рис. 9-15. Выходное напряжение снимается с коллектора — расщепленного кольца. Когда рамка враща­ется из положения А в положение Б, индуцируется напря-

жение. Индуцированное напряжение максимально, когда направление движения рамки образует прямой угол с маг­нитным полем. Когда рамка перемещается в положение В, индуцированное напряжение уменьшается от максималь­ного значения до нуля. Когда рамка продолжает переме­щаться в положение Г, напряжение также индуцируется, но коллектор меняет его полярность, и оно остается таким же, как раньше. После этого рамка возвращается в исход­ное положение Д. Напряжение, генерируемое коллектором, является пульсирующим, но оно всегда направлено толь­ко в одном направлении, дважды изменяясь от нуля до мак­симума в течение каждого оборота.

Реле — это электромагнитный переключатель, который включается и выключается с помощью электромагнитной катушки (рис. 9-16). Когда через катушку течет ток, он создает магнитное поле, притягивающее сердечник элект­ромагнита. Когда сердечник притянут, он замыкает пере­ключающие контакты. Когда ток не поступает в катушку, пружина отпускает сердечник, и он размыкает контакты.

Реле используется в тех случаях, когда необходимо с помощью одной цепи управлять другой цепью, причем эти цепи электрически изолированы. При этом малое напря­жение или ток может управлять большим напряжением

или током. Реле также может использоваться для управ­ления несколькими цепями, находящимися на некотором расстоянии.

Дверной звонок является примером использования реле. Молоточек, ударяющий по чашке звонка, прикреп­лен к сердечнику/Когда нажимается кнопка, ток посту­пает в катушку, которая притягивает сердечник, и моло­точек ударяет по чашке. Когда сердечник притягивается, он разрывает цепь, и ток перестает поступать в катушку. Сердечник возвращается обратно пружиной и замыкает контакты, давая возможность току опять течь через ка­тушку, и это все периодически повторяется пока нажата кнопка.

(Г)

(Д)

Соленоид (рис. 9-17) подобен реле. Катушка, когда по ней течет ток, притягивает сердечник, производящий ка­кую-либо механическую работу. Он используется в неко­торых дверных звонках (колокольчиках), где сердечник электромагнита притягивает металлическую пластину, а также используется в автомобильных стартерах. Электро­магнит притягивает стартерный механизм и приводит в действие маховик, запускающий двигатель.

1. Магнитное поле окружает от­дельный проводник, когда по нему течет электрический ток.

Б. Магнитные поля отдельных витков складываются и увели­ченное магнитное поле окру­жает катушку, когда по ней те­чет электрический ток.

2. Добавление металлического сердечника еще больше уве­личивает магнитную силу.

Г. Замыкающий сердечник обес­печивает путь через металл магнитного поля максималь­ной величины.

Д. Положение нагруженного сер­дечника перед включением тока. Ток, текущий по катушке, создает магнитное поле, втяги­вающее сердечник внутрь ка­тушки.

i

i

i