Вращение рамки с током

Согласно закону электромагнитной индукции, при изменении магнитного потока , пронизывающего проводящий контур (рамку) (рис. 15.9), в нем возникает ЭДС индукции, которая равна взятой с обратным знаком скорости изменения магнитного потока:

. (15.1)

Рис. 15.9

Если равномерно вращать плоскую прямоугольную рамку площадью с частотой оборотов в секунду в однородном магнитном поле с индукцией , то магнитный поток, будет периодически меняться по гармоническому закону:

, (15.32)

где - угол между вектором и нормалью к плоскости рамки.

При этом на концах рамки в соответствии с (15.1) появится переменная синусоидальная ЭДС, равная

. (15.33)

Амплитуда этой переменной ЭДС пропорциональна угловой скорости (угловой частоте вращения) , индукции и площади рамки :

. (15.34)

Такая рамка, вращающаяся в магнитном поле, является упрощенной моделью генератора синусоидального тока. Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую энергию. На электростанциях генераторы приводятся во вращение с помощью гидравлических или паровых турбин, используя энергию падающей воды или тепловую энергию; на транспорте – с помощью двигателей внутреннего сгорания.

Отметим, что если выводы рамки подсоединить к специальному коммутирующему устройству – коллектору, то можно получить генератор постоянного тока.

Процесс превращения механической энергии в электрическую энергию обратим. Если через рамку, помещенную в магнитное по­ле, пропускать электрический ток, то в соответствии с (13.1) на нее будет действовать вращающий момент и рамка начнет вращаться. На этом принципе основана работа электродвигателей, предназначенных для превращения электрической энергии в механическую энергию.