Электрическая энергия не существует в природе в готовом для масштабного использования виде. Её производят на электростанциях, где различные виды энергии преобразуются в электрическую. Главным элементом большинства электростанций являются генераторы. Их действие основано на явлении электромагнитной индукции.

Если периодически двигать магнит, то мы увидим, что при этом стрелка гальванометра отклоняется от нулевого деления шкалы то в одну, то в другую сторону. Это говорит о  том, что сила тока и направление тока периодически меняются.

Электрический ток, периодически меняющийся со временем по величине и направлению, называют переменным током.

В осветительной сети наших домов и в производстве применяется именно переменный ток. Он прост в получении и удобен для передачи электроэнергии на большие расстояния. В России и многих других странах в промышленности применяют переменный ток, который на протяжении 1 с меняет направление 100  раз: 50 раз течёт в одну сторону и 50 раз в другую.

В настоящее время для получения переменного тока используют в основном электромеханические индукционные генераторы, т. е. устройства, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую.

На принципе получения индукционного тока за счёт вращения рамки в магнитном поле основана работа электромеханического генератора переменного тока.

Неподвижную часть генератора, аналогичную контуру, называют статором, а вращающуюся, т. е. магнит, — ротором. В мощных промышленных генераторах вместо постоянного магнита используется электромагнит.

Статор промышленного генератора представляет собой стальную станину цилиндрической формы (станина — это основная несущая часть машины, на которой монтируются различные рабочие узлы, механизмы и  пр.). Во внутренней его части прорезаются пазы, в которые витками укладывается толстый медный провод. В витках и индуцируется переменный электрический ток при изменении пронизывающего их магнитного потока.

Ротор генератора приводится во вращение турбиной. Саму турбину может вращать вода, тогда электростанцию называют гидроэлектростанцией. А может ротор генератора вращаться с помощью паровой турбины. Так происходит на тепловых и атомных электростанциях.

Водяная турбина

Тип электростанции определяется видом энергоресурсов:

В зависимости от скорости восстановления ресурсы разделяют на невозобновляемые и возобновляемые. К первым относят уголь, нефть, природный газ, урановую руду, время образования которых исчисляется миллионами лет. Торф и различные виды биотоплива, относительно быстро восстанавливающиеся в природе, являются примерами возобновляемых ресурсов. Особое место среди этого типа ресурсов занимают неисчерпаемые ресурсы, такие как энергия Солнца, ветра, морских приливов.

Альтернативные источники энергии

Приливные электростанции

Ветровые электростанции

Солнечные электростанции

Преимуществом альтернативной энергетики является малый вред для окружающей среды при производстве электроэнергии.

Информация о материале

Просмотров: 109

Вокруг электрического тока всегда существует магнитное поле. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга. Но если электрический ток, как говорят, «создаёт» магнитное поле, то не существует ли обратного явления? Нельзя ли с помощью магнитного поля «создать» электрический ток?

Такую задачу в начале XIX  в. пытались решить многие учёные. Поставил её перед собой и Фарадей. «Превратить магнетизм в электричество» — так сформулировал в своём дневнике эту задачу Майкл Фарадей в 1822  г. Почти 10  лет упорной работы потребовалось учёному для её решения.

 Опыты Фарадея

В первом опыте используют полосовой магнит, катушку и соединённый с ней гальванометр. Гальванометр позволит регистрировать электрический ток в случае его возникновения. Кроме того, в зависимости от направления тока стрелка гальванометра отклоняется от нулевого деления шкалы вправо или влево, благодаря чему можно судить об изменении направления тока.

Если магнит вдвигать в катушку , то в ней возникает электрический ток. Его называют индукционным.

Если магнит извлекать из катушки, то гальванометр снова покажет наличие индукционного тока. Только стрелка прибора будет отклоняться в противоположную сторону. Значит, ток изменил своё направление на противоположное.

Если магнит не двигается, то тока в проводнике нет.

Следовательно, ток в цепи катушки существует только во время движения магнита относительно катушки.

Индукционный ток в проводнике представляет собой такое же упорядоченное движение электронов, как и ток, полученный от источника тока. Название «индукционный» указывает только на причину его возникновения.

Для появления индукционного тока важно, чтобы было движение магнита и катушки друг относительно друга. В этом можно убедиться, если изменить опыт, надевая катушку на неподвижный магнит или снимая с него.

Поскольку магнитное поле существует не только вокруг постоянных магнитов, но и вокруг проводников с током, можно заменить постоянный магнит электромагнитом (катушкой с током).

Если вращать контур, то пронизывающее его магнитное поле меняется и в контуре появляется индукционный ток, который регистрируется гальванометром. Индукционный ток в контуре также появится, если контур оставлять неподвижным, а  внутри него вращать магнит.

Во всех рассмотренных опытах индукционный ток возникал при изменении магнитного потока, пронизывающего охваченную проводником площадь.

При всяком изменении магнитного потока, пронизывающего площадь, ограниченную замкнутым проводником, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока.

В этом заключается явление электромагнитной индукции.

Информация о материале

Просмотров: 108

Индукционный ток возникает в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего контур.

Необходимо определить направление возникающего индукционного тока.

Прибор представляет собой узкую алюминиевую пластинку с алюминиевыми кольцами на концах. Одно кольцо сплошное, другое имеет разрез. Пластинка с кольцами помещена на стойку и может свободно вращаться вокруг вертикальной оси.

Возьмём полосовой магнит и внесём его в кольцо с разрезом  — кольцо останется на месте. Если же вносить магнит в сплошное кольцо, то оно будет отталкиваться, уходить от магнита, поворачивая при этом всю пластинку. Результат будет точно таким же, если магнит будет обращён к кольцам не южным полюсом (как показано на рисунке), а северным. Объясним наблюдаемые явления.

При приближении к кольцу любого полюса магнита, поле которого является неоднородным, проходящий сквозь кольцо магнитный поток увеличивается. При этом в  сплошном кольце возникает индукционный ток, а в кольце с разрезом тока не будет.

Ток в сплошном кольце создаёт в пространстве магнитное поле, благодаря чему кольцо приобретает свойства магнита. Взаимодействуя с приближающимся полосовым магнитом, кольцо отталкивается от него. Из этого следует, что кольцо и магнит обращены друг к другу одноимёнными полюсами, а векторы магнитной индукции (B_к и B_м) их полей направлены в противоположные стороны.

Зная направление вектора индукции магнитного поля кольца, можно по правилу правой руки определить направление индукционного тока в кольце. Отодвигаясь от приближающегося к нему магнита, кольцо противодействует увеличению проходящего сквозь него внешнего магнитного потока.

При удалении магнита кольцо будет следовать за ним, притягиваясь к нему. Значит, кольцо и магнит обращены друг к другу разноимёнными полюсами, а векторы магнитной индукции их полей направлены в одну сторону. При одинаковом направлении B_к и B_м магнитное поле тока будет противодействовать уменьшению внешнего магнитного потока, проходящего сквозь кольцо.

Правило Ленца:

Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует изменению внешнего магнитного потока, которое вызвало этот ток.

 Эмилий Христианович Ленц

Для определения направления индукционного тока нужно:

1. Определить направление внешнего магнитного поля.
2. Определить, как меняется магнитный поток (увеличивается или уменьшается).
3. Понимая, что возникающее магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, определить направление этого возникающего поля.
Если поток увеличивается, то возникающее магнитное поле будет иметь направление, противоположное внешнему полю.
Если поток уменьшается, то поле имеет такое же направление, что и внешнее.
4. По правилу правой руки определить направление индукционного тока.

Информация о материале

Просмотров: 93

Проволочный контур в магнитном поле пронизывается определённым магнитным потоком Ф, или потоком вектора магнитной индукции.

Магнитный поток можно представить себе как величину, прямо пропорциональную числу линий магнитной индукции, пронизывающих площадь, ограниченную контуром.

1) Допустим, что индукция магнитного поля, пронизывающего ограниченную контуром площадь, стала больше. Это могло произойти, например, в результате увеличения силы тока, создающего это магнитное поле, или при перемещении контура в другое, более сильное поле.

Поскольку линии магнитной индукции проводят так, чтобы густота линий была прямо пропорциональна модулю вектора B в данном месте, при увеличении магнитной индукции в n раз (от значения B₁ до значения B₂ = nB₁, во столько же раз возрастёт и число магнитных линий, пронизывающих площадь S данного контура, а значит, и магнитный поток.

2) При том же самом магнитном поле с индукцией B₁ магнитный поток, пронизывающий бо́льшую площадь S`, будет во столько же раз больше потока через площадь S, во сколько раз S` больше, чем S.

3) Если плоскость контура перпендикулярна линиям магнитной индукции, то при данной индукции B₁ поток Ф, пронизывающий ограниченную этим контуром площадь S, максимален. Начнём поворачивать контур вокруг оси OO`. Проходящий сквозь него магнитный поток будет уменьшаться и станет равен нулю, когда плоскость контура расположится параллельно линиям магнитной индукции. Действительно, в этом случае линии магнитной индукции как бы скользят по плоскости рамки, не пронизывая её.

Магнитный поток, пронизывающий площадь контура, меняется при изменении модуля вектора магнитной индукции B, площади контура S и при вращении контура, т. е. при изменении его ориентации по отношению к линиям магнитной индукции.

Если же контур вращается так, что линии магнитной индукции лежат в плоскости контура, не пересекая ограниченную им площадь, то поток не меняется: в любой момент времени он равен нулю.

Информация о материале

Просмотров: 110