⠀⠀ Всем привет, меня зовут Савин Валерий, я репетитор по физике. Сегодня мы поговорим о том, что же такое электромагнитная индукция, а также обсудим то, почему в наших домах есть электричество: за счёт чего горит свет, заряжается телефон, работает компьютер и т.д.
⠀⠀Электромагнитная индукция - явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Ток, возникающий в замкнутом контуре, называют индукционным.
⠀⠀Подробнее о том, что такое поток, читайте в этой статье.
⠀За счёт чего возникает индукционный ток? На этот вопрос ответил английский физик Майкл Фарадей, который установил, что в области, где магнитное поле меняется со временем, генерируются электрические поля. Майкл Фарадей открыл этот закон, однако в математической форме первым его записал Джеймс Кларк Ма́ксвелл - один из величайших физиков в истории человечества, который заложил основы современной электродинамики.
⠀ Для понимания этого уравнения необходимого освоить курс высшей математики, в школе он не рассматривается. Однако из этого уравнения можно вывести достаточно простое "правило потока":
⠀ Правило потока гласит, что генерируемая ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока со знаком минус.
P.S. "Правило потока" также называют законом об электромагнитной индукции Фарадея.
⠀ Электродвижущая сила (ЭДС) - величина, численно равная работе сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда вдоль электрической цепи. ЭДС очень похожа на напряжение с одной лишь разницей: ЭДС - это работа сторонних (т.е. не электрических, а например, магнитных) сил по перемещению единичного заряда, а напряжение - работа электрических сил по перемещению единичного заряда.
⠀Получается, что если мы добьёмся изменения магнитного потока через замкнутый контур (проволочную рамку, катушку), то мы получим электрический ток в цепи. Но как добиться изменения магнитного потока? Вспомним формулу магнитного потока:
⠀Магнитный поток зависит от трёх величин: магнитной индукции, площади контура и косинуса угла между нормалью (что такое нормаль читайте здесь) и направлением магнитной индукцией. Математика нам подсказывает, что для того, чтобы менялся магнитный поток, необходимо как минимум менять одну из трёх этих величин, т.е.:
1) менять модуль магнитной индукции (например, приближать и отдалять магнит от нашего контура);
2) менять площадь контура (очень непрактичный способ);
3) менять угол между направлением магнитной индукции и нормалью контура.
⠀На практике используют смесь первого и третьего вариантов. Именно поэтому одни из главнейших частей генератора электрического тока - ротор (от лат. roto - вращаюсь) и статор (от лат. sto - стою). Ротор вращается внутри статора: на одном из них намотана обмотка, на другом располагаются магниты (что где находится с точки зрения физики значения не имеет).
⠀⠀ Благодаря вращению магнитов вокруг замкнутых контуров (обмотки) в них и возникает электрический ток (согласно "правилу потока"). Чтобы магниты вращались, их помещают на вал, который вращается благодаря потокам пара (на ТЭС, АЭС) или движению воды (ГЭС).
⠀⠀ Ниже прикрепляю картинку того, как это может выглядеть на практике:
⠀⠀Именно благодаря вращению ротора внутри статора у нас дома и есть электричество!
⠀⠀Вращая магниты вокруг обмотки (или наоборот, обмотку вокруг магнитов) таким образом, можно создавать как переменный, так и постоянный электрический ток. Как именно создаются постоянный и переменный ток расскажу в следующих статьях, подписывайся!