Принцип дії електричного генератора змінного струму
Генератором змінного струму є система з нерухомого статора (складається із сталевого осердя та обмотки) і ротора (електромагніт із сталевим осердям), який обертається всередині нього. Через два контактних кільця, до яких притиснуті ковзні контакти щітки, проводиться електричний струм. Електромагніт створює магнітне поле, яке обертається з кутовою швидкістю обертання ротора та збуджує в обмотці статора ЕРС індукції. Щоб ротор обертався і створював магнітне поле, яке викликає у статорі ЕРС індукції, йому необхідно надавати енергію. Ротор обертається у електростанціях за допомогою парових (ТЕС та АЕС) або гідротурбін (ГЕС). Електричний генератор складається з двох частин: рухомої - ротора й нерухомої - статора. Одна з цих частин, індуктор, використовується для створення магнітного поля, на іншій, якорі, змонтовані обмотки, з яких знімається електричний струм. Для створення магнітного поля використовуються постійні магніти, або електромагніти. Згенерований великий струм зручніше знімати з нерухомої обмотки, тому в генераторах змінного струму магніти змонтовані здебільшого на роторах.
99. Класифікація матеріалів за магнітними властивостями.Феромагнетики.Парамагнетики.Діамагнетики.
Магнетики– речовини і тіла, що намагнічуються у зовнішньому магнітному полі, тобто навколо них утворюється додаткове магнітне поле. Магнетики поділяють на три основні класи: феромагнетики, парамагнетики та діамагнетики.
Феромагнетики – сильні магнітні речовини, які мають від природи спонтанну намагніченість, тобто зберігають намагніченість при відсутності зовнішнього магнітного поля. Магнітна проникність у феромагнетиків може досягати сотні тисяч одиниць. Магнітна індукція у феромагнетиків залежить прямо пропорційно від величини напруженості зовнішнього магнітного поля: вона росте до насичення, а потім залишається постійною. При відсутності зовнішнього магнітного поля магнітні моменти окремих доменів орієнтовані в просторі хаотично, так що сумарний магнітний момент всього феромагнетика дорівнює нулю. Зовнішнє магнітне поле, що діє на феромагнетик, орієнтує магнітні моменти цілих областей спонтанного намагнічування. Магнітне насичення настає тоді, коли вектори магнітних моментів всіх домен будуть встановлені паралельно до напрямку зовнішнього магнітного поля. При намагнічуванні феромагнетика відбувається зміна його форми і об’єму. Це явище називається магнітострикцією. Для кожного феромагнетика є своя температура, яку назив температурою Кюрі. При ній феромагнетик втрачає магнітні властивості і перетворюється на парамагнетик. При цій темпер зникають області спонтанного намагнічування, які назив доменами.
Діамагнетик – речовина з відємною магнітною сприйнятливістю (μ<1). До діамагнетиків належить більшість газів, крім кисню, вода, вісмут, цинк, свинець, віск та багато органічних сполук. Якщо зовнішнього магнітного поля немає, то магнітні момети атомів діамагн дорів нулю. У магнітному полі в атомах з’являються магнітний момент, напрямлений проти дії зовнішнього поля. Діамагнетик мають малу і негативною магнітною сприйнятливістю, яка не залежить від напруженості зовнішнього магнітного поля і температури.
Парамагнетики – речовини з невеликою позитивною магнітною сприйнятливістю, які у зовнішньому магнітному полі намагнічуються вздовж поля і дещо підсилюють його. Парамагнетизм спостерігається в речовинах, молекули яких мають власний магнітний момент. Магнітні диполі молекул при відсутності зовнішнього магнітного поля орієнтовані хаотично, тож сумарний магнітний момент будь-якої макроскопічної області в парамагнетику дорівнює нулю. Зовнішнє магнітне поле частково орієнтує магнітні диполі молекул, і тоді в речовині виникає макроскопічний магнітний момент за величиною пропорційний прикладеному полю. До парамагнетиків належать: кисень, марганець, хром, платина.
Дія магнітного поля на речовину є релятивістьким ефектом, тобто пропорційна відношенню швидкості електронів до швидкості світла. Це мала величина, тож парамагнітна сприйнятливість теж мала. Власні магнітні моменти молекул речовини зумовлені орбітальним рухом електронів (кутовим моментом) або неспареними спінами електронів. Парамагнетизм є свідченням існування таких моментів. Згідно з класичною теорією парамагнетизму в слабких магнітних полях, коли
,
де
—
дипольний магнетний момент молекули,
—
вектор
індукції магнетного поля,
—
стала
Больцмана,
T — температура,
магнетну сприйнятливість парамагнетика
можна обрахувати за допомогою формули
,
де N — кількість молекул в одиниці об'єму речовини. Обернено-пропорційна залежність магнетної сприйнятливості від температури відома, як закон Кюрі.