§ 17. Практическое применение электромагнитной индукции
Явление электромагнитной индукции позволяет преобразовывать энергию механического движения в энергию электрического тока и уже около 100 лет широко используется в технике для этой цели.
Для выяснения основных принципов и закономерностей промышленных методов генерирования электрического тока рассмотрим простейший пример плоской рамки вращающейся в однородном магнитном поле с угловой скоростью . ЭДС индукции такой рамки, как мы уже знаем равна
где
S – площадь рамки
График зависимости ЭДС рамки от времени носит синусоидальный характер.
М
аксимальное
значение ЭДС индукции вращающейся рамки
с током имеем при
,
т.е.
Это максимальное значение колеблющейся э.д.с. называется амплитудой ЭДС или амплитудой напряжения создаваемого подобной моделью генератора переменного тока.
Как
видно из формулы для увеличения напряжения
на зажимах генератора надо увеличивать
.
Увеличение
угловой скорости вращения рамки
приводит к сильному возрастанию
механических напряжений во вращающихся
частях. Поэтому во многих странах, в том
числе и в Украине принята стандартная
частота переменного тока
.
В некоторых странах, в том числе в США
стандартная частота тока
Увеличение магнитной индукции поля требует установки мощных постоянных магнитов или электромагнитов. Поэтому внутрь рамки помещают сердечники из ферромагнитных материалов с большой магнитной проницаемостью.
Для увеличения площади рамки S в генераторе вращают не один виток, а целый ряд витков, соединенных последовательно друг с другом.
Современные генераторы переменного тока могут создавать напряжение в несколько тысяч вольт при мощности до 500 000 кВт.
Процесс превращения механической энергии в электрическую можно обратить.
Если через рамку, помещенную в магнитное поле, пропускать электрический ток, то, как нам уже известно, на неё будет действовать крутящий механический момент и рамка повернется. В этом случае мы получаем электрический двигатель.
Первый электрический двигатель был сконструирован Б.С. Якоби в 1839 г. В настоящее время многочисленные электрические двигатели различной мощности приводят в движение станки, электровозы, подводные лодки и другие машины.