Индукционный генератор электрического тока

Практически на всех электростанциях мира электрический ток генерируют с помощью индукционных генераторов, которые порождают вынужденные электромагнитные колебания с заданной частотой.

Поставим опыт

Воспользуемся изображённой на рисунке 12.1 моделью индукционного генератора. Проволочная рамка может вращаться между полюсами магнита. Подсоединим к ней лампочку накаливания. Если вращать рамку, лампочка будет гореть, причём её яркость будет периодически изменяться. Это означает, что в рамке возникает периодически изменяющаяся ЭДС индукции.

Рис. 12.1

1. Прямоугольная рамка площадью S равномерно вращается в однородном магнитном поле с индукцией В с циклической частотой ω. Ось вращения рамки перпендикулярна вектору магнитной индукции. В начальный момент плоскость рамки перпендикулярна вектору магнитной индукции. Объясните, почему справедливы следующие соотношения для пронизывающего рамку магнитного потока Ф и ЭДС индукции¹ е_i:

Ф = BScosωt, (1)

е_i = BSsinωt. (2)

¹ Переменную ЭДС обозначают малой буквой е.

Подсказка. Воспользуйтесь законом электромагнитной индукции.

Если вращающаяся в магнитном поле рамка включена в электрическую цепь, то в цепи возникает переменный электрический ток.

2. Проволочная рамка площадью 10 см² вращается с частотой 50 Гц в магнитном поле с индукцией 2 Тл. Рамка соединена с резистором сопротивлением 20 Ом. По какому закону изменяется сила тока i в резисторе (в единицах СИ)? Сопротивлением рамки можно пренебречь.

Чтобы «снимать» с вращающейся рамки ток, не перекручивая при этом проводов, используют скользящие контакты — уже знакомые вам щётки. Щётки касаются контактных колец, припаянных к рамке. При вращении рамки щётки скользят по контактным кольцам, обеспечивая непрерывный электрический контакт, и индуцированный в рамке ток отводится во внешнюю цепь.

Описанный индукционный генератор индуцирует переменный электрический ток. Он имеет большое преимущество перед постоянным током. Дело в том, что в сети переменного тока можно практически без потерь повышать и понижать напряжение с помощью трансформаторов. Ниже мы рассмотрим принцип действия трансформатора и выясним, зачем нужно повышать и понижать напряжение при передаче электроэнергии на большие расстояния.

Продолжение >>>