Вращение рамки в магнитном поле

Явление электромагнитной индукции применяется для преобразования механической энергии в энергию электрического тока. Для этой цели используются генераторы, принцип действия которых можно рассмотреть на примере плоской рамки, вращающейся в однородном магнитном поле (рис. 180).

Рис. 180

Предположим, что рамка вращается в однородном магнитном поле (В = const) равномерно с угловой скоростью = const. Магнитный поток, сцепленный с рамкой площадью S, в любой момент времени t, согласно (120.1), равен

где = t — угол поворота рамки в момент времени t (начало отсчета выбрано так, чтобы при t = 0 = 0).

При вращении рамки в ней будет возникать переменная э. д. с. индукции (см. (123.2))

(124.1)

изменяющаяся со временем по гармоническому закону. При максимальна, т.е.

(124.2)

определяет максимальные значения, достигаемые колеблющейся э. д. с. Учитывая (124.2), выражение (124.1) можно записать в виде

Таким образом, если в однородном магнитном поле равномерно вращается рамка, то в ней возникает переменная э. д. с, изменяющаяся по гармоническому закону.

Из формулы (124.2) вытекает, что (следовательно, и э. д. с. индукции) находится в прямой зависимости от величин , В и S. В РФ принята стандартная частота тока n = /(2p) = 50 Гц, поэтому возможно лишь увеличение двух остальных величин. Для увеличения В применяют мощные постоянные магниты или в электромагнитах пропускают значительный ток, а также внутрь электромагнита помещают сердечники из материалов с большой магнитной проницаемостью . Если вращать не один, а ряд витков, соединенных последовательно, то тем самым увеличивается S. Переменное напряжение снимается с вращающегося витка с помощью щеток, схематически изображенных на рис. 180.

Процесс превращения механической энергии в электрическую обратим. Если через рамку, помещенную в магнитное поле, пропускать электрический ток, то в соответствии с (109.1) на нее будет действовать вращающий момент и рамка начнет вращаться. На этом принципе основана работа электродвигателей, предназначенных для превращения электрической энергии в механическую.