Для школьников.
Открытие Фарадеем явления электромагнитной индукции привело к мысли о возможности создания электрической машины, способной вырабатывать (генерировать) электрический ток.
Первый генератор (он показан на рисунке) был построен в 1832 году:
При вращении подковообразного магнита в катушках, находящихся вблизи его полюсов, вырабатывался ток.
Этот ток совсем не был похож на постоянный ток, создаваемый в проводящей цепи батареей гальванических элементов.
Он как бы метался из стороны в сторону, то и дело меняя своё направление. В отличие от постоянного тока его назвали переменным.
На рисунке показана зависимость мгновенных значений постоянного и переменного тока от времени.
Первый генератор был весьма несовершенен.
Вскоре был сконструирован другой генератор переменного тока, схема которого показана на следующем рисунке.
Этим схематическим изображением генератора переменного тока мы пользуемся и сейчас, говоря о принципе работы генераторов переменного тока.
Здесь в поле постоянного магнита 1 вращается проволочная рамка 2. Концы провода рамки припаяны к кольцам 3 и 4, вращающимся вместе с рамкой. К кольцам прижимаются пружинящие пластины 5 и 6 (называемые щётками), от которых идут провода к внешней цепи.
При вращении рамки в магнитном поле всё время меняется магнитный поток через её площадь. В рамке появляется индукционный ток, что видно по отклонению стрелки амперметра.
В тексте ниже (см. рис.7) подробно рассмотрено возникновение индукционного тока и его направление в сторонах такой замкнутой рамки.
последовательно соединённых, вместо рамки, изолированных витков проволоки (обмотка) для получения большей ЭДС. индукции.
Рассматривая вращение рамки в магнитном поле, мы говорим только о принципе работы генератора.
В нашем примере рамка могла быть неподвижной, а магнитное поле вращалось бы. Это не принципиально. Главное условие возникновения тока в замкнутом контуре заключается в изменении магнитного потока через этот контур.
Генераторы бывают разной конструкции, о мощных генераторах переменного тока, которые устанавливаются на электростанциях будет говориться в следующей статье.
Итак, на рисунке схематически изображён генератор переменного тока, выше рассмотрен принцип его работы.
То, что ток в таком генераторе получается переменным в то время (в 19 веке) посчитали его недостатком и стали искать возможности превратить переменный ток в постоянный.
Сейчас посмотрим, что для этого делалось и одновременно рассмотрим принцип работы генератора постоянного тока.
На следующем рисунке показано схематическое изображение генератора постоянного тока с коллектором.
Эта модель генератора постоянного тока отличается от рассмотренной выше модели генератора переменного тока лишь тем, что здесь концы рамки соединены не с отдельными кольцами, а с двумя полукольцами коллектора 1, разделёнными друг от друга и одетыми на общую ось с рамкой.
К полукольцам прижимаются щётки 3, с помощью которых индукционный ток отводится во внешнюю цепь.
При каждом полуобороте рамки её концы, припаянные к полукольцам, переходят с одной щётки на другую. В эти же моменты изменяется направление тока в рамке.
Во внешней же цепи ток не меняет своего направления, то есть с помощью коллектора происходит выпрямление переменного тока.
График зависимости напряжения на зажимах такого генератора от времени, имеющего одну рамку и коллектор, состоящий из двух полуколец, изображён на следующем рисунке.
Такой ток называется пульсирующим, частота его пульсации в 2 раза больше частоты переменного тока.
Если на оси вращения укрепить ещё одну рамку (виток) под прямым углом к первой, а вместо двух щёток сделать 4, то каждая щётка будет соединяться с соответствующим проводом в течение не половины оборота, а четверти оборота.
Так, увеличивая количество рамок и количество щёток, можно получить ток, который можно назвать постоянным.
В генераторах вращается не отдельная рамка (виток), а обмотка, состоящая из большого количества витков.
Вращающаяся часть генератора называется ротором, а неподвижная - статором.
На следующем рисунке показан ротор генератора постоянного тока, на котором расположены витки четырёх обмоток.
Итак, нами рассмотрен принцип работы генераторов переменного и постоянного тока.
На производстве и в быту в основном применяется переменный ток, так как его легче получить и генераторы переменного тока проще, надёжнее и экономичнее генераторов постоянного тока.
Постоянный ток тоже нужен, например, для запуска генераторов переменного тока. Постоянный ток удобен в работе электропоездов, троллейбусов, трамваев.
Постоянный ток предпочитают получать из переменного, применяя выпрямительные схемы с использованием полупроводниковых диодов.
В промышленности и в быту используют трёхфазный переменный ток, вырабатываемый мощными генераторами переменного тока. Об этих генераторах и трёхфазном токе будет говориться в следующей статье..
https://www.youtube.com/watch?v=euhAk6fg04s
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Пишите комментарии. Спасибо.
Предыдущая запись: Энергия магнитного поля. Взаимная индукция. Решение задач на электромагнетизм.
Следующая запись: Трёхфазный переменный ток. Генераторы трёхфазного тока.
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1.
Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45.
Ссылки на занятия (статьи), начиная с теплового действия тока, даны в конце Занятия 58.
Ниже даны ссылки на занятия (статьи), начиная с переменного тока:
Трёхфазный переменный ток. Генераторы трёхфазного тока.
Двигатели постоянного и переменного тока.. Вращающееся магнитное поле.
Характеристики переменного тока. Переменный ток в цепи, содержащей только активное сопротивление.
Конденсатор в цепи переменного тока. Емкостное сопротивление.
Катушка индуктивности в цепи переменного тока. Индуктивное сопротивление.
Последовательное соединение сопротивлений. Резонанс напряжений. Мощность переменного тока. Коэффициент мощности.
Расчёт цепей переменного тока, содержащих активное сопротивление, индуктивность и ёмкость.
Катушка в цепи переменного тока или последовательное соединение активного и индуктивного сопротивлений.
Параллельное соединение активного сопротивления, индуктивности и ёмкости в цепи переменного тока. Резонанс токов.
Краткий обзор темы: "Переменный электрический ток".
Решение задач на переменный ток с использованием диаграммы напряжений и закона Ома.
Задачи на цепи переменного тока, содержащие параллельные ветви.
Обзор темы: "Классическая механика".
Мощность переменного тока. Важность повышения коэффициента мощности на промышленных предприятиях.
Занятие 72. Трансформаторы. Взаимная индукция.
Занятие 73. Колебательные системы. Свободные колебания. Гармонические колебания.
Решение задач на тему: "Гармонические колебания".
Нахождение периода колебаний математического маятника.
Упругие колебания. Крутильные колебания.
Разные задачи на гармонические колебания.
Пример нахождения характеристик гармонического колебания материальной точки.
Сложение гармонических колебаний.
Затухающие колебания.
Вынужденные колебания. Резонанс.
Звуковые колебания. Тембр звука. Акустический резонанс.
Истоки развития телефона, радиосвязи и звукозаписи.
Незатухающие колебания. Автоколебания.
Колебательный контур. Свободные электромагнитные колебания.
Вынужденные электромагнитные колебания. Электрический резонанс.
Генераторы высокой частоты. Электрические автоколебания.
Задачи на колебательный контур и цепи, содержащие активное сопротивление, индуктивность и ёмкость.
Занятие 75. Механические волны. Виды волн. Уравнение плоской волны. Энергия механических волн.
Поперечные и продольные волны.
Сферические и плоские волны. Поглощение энергии волны. Отражение волн. Дифракция.
Занятие 76. Интерференция волн. Условия её возникновения.
Занятие 77. Стоячие волны.
Занятие 78. Звуковые волны. Скорость звука. Ударная волна.
Ультразвук, его применение. Излучатели ультразвука. Кавитация.
Инфразвук. Эффект Доплера для звуковых волн.
Почему камертон излучает слабый звук и как усилить этот звук?
Физика и музыка. Тембр звука. Основной тон. Обертоны.
Магнетизм вещества. Как наука объясняет это явление? Парамагнетики. Диамагнетики.
Как физика объясняет способность ферромагнетиков сильно намагничиваться? Доменная структура ферромагнетиков.
Как развивалось учение об электричестве и какова сущность открытых учёными электрических явлений (кратко основное)
Как электричество и магнетизм связаны между собой? История и важность открытий в этой области науки (кратко о главном).
Задачи на нахождение силовых характеристик магнитного поля.
Задачи на магнитные взаимодействия.
Действие магнитного поля на проводник с током, взаимодействие токов (задачи).
Постоянные магниты. Электромагниты.
Действие магнитного поля на контур с током.
Сила Ампера. Сила Лоренца. Взаимодействие упорядоченного движения электронов в проводнике с атомами металла.
Зарядка конденсатора. Зарядный и разрядный ток проводимости.
Диэлектрик в электрическом поле. Поляризация диэлектрика. Ток поляризации.
Какое одинаковое свойство имеют изменяющееся во времени электрическое поле и ток проводимости? Направление тока поляризации.
Вектор электрического смещения. Замкнутость цепи переменного тока с конденсатором током смещения.
Ёмкость уединённого проводника. Ёмкость конденсатора. Почему диэлектрик повышает ёмкость конденсатора?
Конденсаторы в электрических цепях постоянного тока.
Явление электростатической индукции в задачах.
Постоянный электрический ток. Методы расчёта сложных цепей постоянного тока.
Магнитные взаимодействия. Задачи.
Явление электромагнитной индукции. Задачи.
Электромагнетизм (обзор темы).
Электромагнитные волны. Уравнения Максвелла.
Открытый колебательный контур (антенна). Экспериментальные подтверждения теории Максвелла.
Изобретение радио. Принципы радиотелефонной связи.
Распространение радиоволн.
Развитие электромагнетизма. Как был открыт электрон?
По пути к пониманию строения атома (важные научные открытия 19 века).
Какова природа тока в металлах. Теории электропроводности металлов.
Физика и химия. Как работают химические источники электрического тока?
Электротехника. Электроника. Сведения о науке "Электроника" и принципах работы некоторых электронных приборов.
Физические основы телевидения. Как передаётся движущееся изображение на расстояние?
Оптика. Скорость света. Законы геометрической оптики.
Ссылки на последующие статьи см. в конце статьи "Оптика. Скорость света ...."
