§1 Магнитное поле.
Из курса 8-го класса известно, что магнитное поле порождается электрическим током. Оно существует, например, вокруг металлического проводника с током. При этом ток создается электронами, направленно движущимися вдоль проводника. Магнитное поле возникает и в том случае, когда ток проходит через раствор электролита, где носителями заряда являются положительно и отрицательно заряженные ионы, движущиеся навстречу друг другу.
Поскольку электрический ток — это направленное движение заряженных частиц, то можно сказать, что магнитное поле создается движущимися заряженными частицами, как положительными, так и отрицательными.
Напомним, что, согласно гипотезе Ампера, в атомах и молекулах вещества в результате движения электронов возникают кольцевые токи.
На рисунке 85 показано, что в постоянных магнитах эти элементарные кольцевые токи ориентированы одинаково. Поэтому магнитные поля, возникающие вокруг каждого такого тока, имеют одинаковые направления. Эти поля усиливают друг друга, создавая поле внутри и вокруг магнита. Для наглядного представления магнитного поля используются магнитные линии (их называют также линиями магнитного поля).¹ Напомним, что магнитные линии — это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.
Магнитную линию можно провести через любую точку пространства, в котором существует магнитное поле.
рис.86.
На рисунке 86 показано, что магнитная линия (как прямолинейная так и криволинейная) проводится так, чтобы в любой точке этой линии касательная к ней совпадала с осью магнитной стрелки, помещенной в эту точку.
Магнитные линии являются замкнутыми. Например, картина магнитных линий прямого проводника с током представляет собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику.
Из рисунка 86 видно, что за направление магнитной линии в какой-либо её точке условно принимают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещенной в эту точку.
В тех областях пространства, где магнитное поле более сильное, магнитные линии изображаются ближе друг к другу, т.е. гуще, чем в тех местах, где поле слабое. Например, поле, изображенное на рисунке 87, слева сильнее, чем справа.
Рассмотрим картину линий магнитного поля постоянного полосового магнита. (рис. 88). Из курса физики 8-го класса нам уже известно, что магнитные линии выходят из северного плюса и входят в южный. Внутри магнита они направлены от южного полюса полюса к северному. Магнитные линии не имеют ни начала, ни конца: они либо замкнуты, либо, как средняя линия на рисунке, идут из бесконечности в бесконечность.
Вне магнита магнитные линии расположены наиболее густо у полюсов. Значит возле полюсов поле самое сильное, а по мере удаления от полюсов оно ослабевает. Чем ближе к полюсу магнита расположена магнитная стрелка, тем с большей по модулю силой действует на неё поле магнита. Поскольку магнитные линии искривлены, то направление силы, с которой поле действует на стрелку тоже меняется от точки к точке.
Таким образом, сила, с которой поле полосового магнита действует на помещенную в это поле магнитную стрелку, в разных точках поля поля может быть различной как по модулю, так и по направлению.
Такое поле называют неоднородным. Линии неоднородного магнитного поля искривлены, их густота меняется от точки к точке.
Еще одним примером неоднородного магнитного поля может служить поле вокруг прямолинейного проводника с током. На рисунке 89 изображен участок такого проводника, расположенный перпендикулярно плоскости чертежа. Кружочком обозначено сечение проводника. Точка обозначает, что ток направлен из-за чертежа к нам, как будто мы видим острие стрелы, указывающей направление тока (ток, направленный от нас за чертеж, обозначают крестиком, как будто мы видим хвостовое оперение стрелы, направленной по току).
Из этого рисунка видно, что магнитные лини и поля, созданные прямолинейным проводником с током, представляют собой концентрические окружности, расстояния между которыми увеличивается по мере удаления от проводника.
В некоторой ограниченной области пространства можно создать однородное магнитное поле, т.е. поле, в любой точке которого сила действия на магнитную стрелку одинакова по модулю и направлению.
На рисунке 90 показано магнитное поле, возникающее внутри соленоида — проволочной цилиндрической катушки с током. Поле внутри соленоида можно считать однородным, если длина соленоида значительно больше его диаметра (вне соленоида поле неоднородно, его магнитные линии расположены примерно так же, как у полосового магнита). Из этого рисунка видно, что магнитные линии однородного магнитного поля параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой.
Однородным является также поле внутри постоянного полосового магнита в центральной его части (см. рис. 88).
Для изображения магнитного поля пользуются следующим приёмом. Если линии однородного магнитного поля расположены перпендикулярно к плоскости чертежа и направлены от нас, за чертеж, то их изображают крестиками (рис. 91,а), а если из-за чертежа к нам — то точками (рис. 91,б). Как и в случае с током каждый крестик — это видимое нами хвостовое оперение летящей от нас стрелы, а точка — острие стрелы, летящей к нам. (На обоих рисунках направление стрел совпадает с направлением магнитных линий).
§2 НАПРАВЛЕНИЕ ТОКА И НАПРАВЛЕНИЕ ЛИНИЙ ЕГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ
На рисунке 94 показано расположение магнитных стрелок вокруг проводника с током, расположенного перпендикулярно плоскости чертежа. Из рисунка видно, что изменение направления тока приводит к повороту всех магнитных стрелок на 180º. Причем, в обоих случаях оси стрелок располагаются по касательным к магнитным линиям.
Следовательно, направление линий магнитного поля тока зависит от направления тока в проводнике.
Эта связь может быть выражена правилом буравчика (или правилом правого винта), которое заключается в следующем: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока (рис. 95, 96).
С помощью правила буравчика по направлению тока можно определить направление линий магнитного поля, создаваемого этим током, а по направлению линий магнитного поля, — направление тока, создающего это поле.
Для определения направления линий магнитного поля соленоида удобнее пользоваться другим правилом, которое иногда называют правилом правой руки. Это правило формулируется так: если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то оставленный большой палец покажет направление магнитного поля внутри соленоида (рис.97). Вы уже знаете, что магнитное поле соленоида (см. рис. 90) подобно полю постоянного полосового магнита (см. рис. 88). Соленоид, как и магнит, имеет полюсы: тот конец соленоида, из которого магнитные линии выходят, является северным полюсом, а тот, в который входят — южным. Зная направление тока в соленоиде, по правилу правой руки можно определить направление магнитных линий поля внутри него, а значит, и его магнитные полюсы.
И наоборот, но направлению магнитных линий поля внутри соленоида или расположению его полюсов можно определить направление тока в витках соленоида.
Правило правой руки можно применять и для определения направления линий магнитного поля в центре витка с током.
§3. ОБНАРУЖЕНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ПО ЕГО ДЕЙСТВИЮ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ.
Из курса физики 8-го класса вы знаете, что на всякий проводник с током, помещенный в магнитное поле и не совпадающий с его магнитными линиями, это поле действует с некоторой силой.
Наличие такой силы можно показать с помощью установки, изображенной на рисунке 101. Трёхсторонняя рамка ABCD, изготовленная из медной проволоки, подвешена на крюках так, что может свободно отклоняться от вертикали. Сторона ВС находится в области наиболее сильного поля дугообразного магнита, располагаясь между его полюсами (рис.101, а). Рамка присоединена к источнику тока последовательно с реостатом и ключом.
Рис. 101.
При замыкании ключа в цепи возникает электрический ток, и сторона ВС втягивается в пространство между полюсами (рис. 101,б).
Смотрите также ролик № 1 на эту тему (ниже).
Если убрать магнит, то при замыкании цепи проводник ВС двигаться не будет. Значит, со стороны магнитного поля на проводник с током действует некоторая сила, отклоняющая его от первоначального положения.
Действие магнитного поля на проводник с током может быть использовано для обнаружения магнитного поля в данной области пространства.
Конечно, обнаружить магнитное поле проще с помощью компаса. Но действие магнитного поля на находящуюся в нем магнитную стрелку компаса, по существу, тоже сводится к действию магнитного поля на элементарные электрические токи, циркулирующие в молекулах и атомах магнитного вещества, из которого изготовлена стрелка.
Таким образом, магнитное поле создается электрическим током и обнаруживается по его действию на электрический ток
Рис. 102.
Изменим направление тока в цепи, поменяв местами провода в гнездах изолирующей штанги (рис. 102). При этом изменится и направление движения проводника ВС, а значит, и направление действующей на него силы.
Направление силы изменится и в том случае, если, не меняя направление тока, поменять местами полюса магнита, (т.е. изменить направление линий магнитного поля).
Следовательно, направление тока в проводнике, направление линий магнитного поля и направление силы, действующей на проводник, связаны между собой.
Направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, можно определить по правилу левой руки.
В наиболее простом случае, когда проводник расположен в плоскости, перпендикулярной линиям магнитного поля, это правило заключается в следующем: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по току, то отставленный на 90º большой палец покажет направление действующей на проводник силы (рис. 103).
Пользуясь правилом левой руки, следует помнить, что за направление тока в электрической цепи принимается направление от положительного полюса источника к отрицательному. Другими словами, четыре пальца должны быть направлены против движения электронов в электрической цепи. В таких проводящих средах, как растворы электролитов, где электрический ток создается движением зарядов обоих знаков, направление тока, а значит, и направление четырёх пальцев левой руки совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.
С помощью правила левой руки можно определить направление силы, с которой магнитное поле действует на отдельно взятые движущиеся в нём частицы, как положительно, так и отрицательно заряженные.
Для наиболее простого случая, когда частица движется в плоскости, перпендикулярной магнитным линиям, это правило формулируется следующим образом: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были были направлены по движению положительно заряженной частицы (или против движения отрицательно заряженной), то отставленный на 90º большой палец покажет направление действующей на частицу силы (рис. 104).
По правилу левой руки можно также определить направление тока (если знаем, как направлены линии магнитного поля и действующая на проводник сила), направление магнитных линий (если известны направление тока и силы), знак заряда движущейся частицы (по направлению магнитных линий, силы и скорости движения частицы) и т.д.
Рис. 104. Применение правила левой руки к заряженным
частицам, движущимся в магнитном поле.
Следует отметить, что сила действия магнитного поля на проводник или движущуюся частицу равна нулю, если направление тока в проводнике или скорость частицы совпадают с линией магнитной индукции или параллельны ей (рис.105).
Рис. 105.
Правило левой руки для частицы.
Правило левой руки для определения направления силы Лоренца Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, вытянутые пальцы — по направлению скорости, то отогнутый на 90º большой палец укажет направление силы Лоренца, действующей на положительно заряженную частицу. На отрицательно заряженную частицу сила Лоренца действует в противоположном направлении.
Если скорость и линии магнитной индукции направлены под углом, отличным от 90º, то руку надо расположить так, чтобы составляющая вектора магнитной индукции, перпендикулярная скорости частицы, входила в ладонь.
Смотрите также ролик №2 на эту тему (ниже).
§ 4. ИНДУКЦИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ.
Многие из вас наверняка замечали, что одни магниты создают в пространстве более сильные поля, чем другие. Например, поле первого магнита, изображенного на рисунке 111, сильнее, чем второго. Действительно, при одном и том же расстоянии до гвоздей, рассыпанных на столе, сила притяжения к первому магниту оказалась достаточной для преодоления силы тяжести, а сила притяжения ко второму — нет.
Какой же величиной можно охарактеризовать магнитное поле?
Магнитное поле характеризуется векторной физической величиной, которая обозначается символом 
и называется индукцией магнитного поля (или магнитной индукцией).
Поясним, что это за величина.
Напомним, что магнитное поле может действовать с определенной силой на помещенный в него проводник с током.
Поместим прямолинейный участок проводника АВ с током в магнитное поле перпендикулярно его магнитным линиям (рис. 112). При показанном на рисунке направлении тока 
в проводнике и расположением полюсов магнита действующая на проводник сила , согласно правилу левой руки, будет направлена вниз. Определить эту силу можно, вычисли вес гирьки, которую приходится добавлять на правую чашу весов для уравновешивания силы .
Опыты показывают, что модуль этой силы зависит от самого магнитного поля — более мощный магнит действует на проводник с большей силой. Кроме того, сила действия магнитного поля на проводник пропорциональна длине 
этого проводника и силе тока в нем.
Рис. 112. Опыт по измерению силы, действующей на помещенный
в магнитное поле проводник с током.
Отношение же модуля F силы к длине проводника и силе тока ( т.е. ) есть величина постоянная. Она не зависит ни от длины проводника, ни от силы тока в нем. Отношение зависит только от поля и может служить его количественной характеристикой.
Эта величина принимается за модуль вектора магнитной индукции.
Модуль вектора магнитной индукции В равен отношению модуля силы F, с которой магнитное поле действует на расположенный перпендикулярно магнитным линиям проводник с током к силе тока в проводнике и его длины .
По этой формуле можно определить индукцию однородного магнитного поля.
В СИ единицей магнитного поля называется тесла (Тл) в честь югославского ученого Николы Тесла.
Установим взаимосвязь между единицей магнитной индукции и единицами других величин СИ:
До сих пор для графического изображения магнитных полей мы пользовались линиями, которые условно называли магнитными линиями или линиями магнитного поля. Более точное название магнитных линий — линии магнитной индукции (или линии индукции магнитного поля.
Линиями магнитной индукции называются линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора магнитной индукции
Данное определение линий магнитной индукции можно пояснить с помощью рисунка 113. На нем изображен проводник с током, расположенный перпендикулярно плоскости чертежа. Окружность вокруг проводника представляет собой одну из линий индукции магнитного поля, созданного протекающим по проводнику током. Проведенные к этой окружности касательные в любой точке совпадают с вектором магнитной индукции. Теперь пользуясь термином «магнитная индукция» назовем основные признаки однородного и неоднородного магнитных полей. В однородном магнитном поле (рис. 114) вектор магнитной индукции во всех произвольно выбранных точках поля одинаков как по модулю, так и по направлению.
Сравним это поле с двумя неоднородными полями: полем постоянного полосового магнита (рис. 115, а) и полем тока, протекающего по прямолинейному участку проводника (рис. 115, б).
Рис. 115.
Легко заметить, что в неоднородных полях, в отличие от однородного, вектор магнитной индукции меняется от точки к точке. Например, в каждом из рассматриваемых неоднородных полей при переходе из точки 1 в точку 2 вектор магнитной индукции меняется по модулю, при переходе из точки 1 в точку 3 — по направлению, при переходе из точки 2 в точку 3 вектор магнитной индукции меняется как по модулю, так и по направлению.
Магнитное поле называется однородным, если во всех его точках магнитная индукция одинакова. В противном случае поле называется неоднородным.
Чем больше магнитная индукция в данной точке поля, тем с большей силой будет действовать поле в этой точке на магнитную стрелку или движущийся электрический заряд.
§ 5. МАГНИТНЫЙ ПОТОК.
На рисунке 116, а изображен контур, помещенный в однородное магнитное поле. Принято говорить, что контур в магнитном поле пронизывается определённым магнитным потоком Ф, или потоком вектора магнитной индукции.
Опыты показывают, что магнитный поток сквозь контур пропорционален модулю вектора индукции однородного магнитного поля и площади, ограниченной этим контуром. Кроме того, магнитный поток зависит от того, как расположена плоскость контура по отношению к линиям магнитной индукции.
Рис. 116. Зависимость магнитного потока, пронизывающего площадь контура, от модуля вектора магнитной индукции, площади контура и от ориентации плоскости контура по отношению к линиям магнитной индукции.
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 магнитный поток пропорционален индукции магнитного поля, то при её увеличении в n раз ( от значения , до значения 
, как показано на рис. 116 а, б) во столько же раз возрастет магнитный поток Ф, пронизывающий площадь S данного контура.
При том же самом магнитном поле с индукцией , магнитный поток, пронизывающий бо′льшую площадь S′
(рис. 116, в), будет во столько же раз больше потока через площадь S (см. рис. 116, а), во сколько раз S′ больше, чем S.
Если плоскость контура перпендикулярна линиям магнитной индукции (см. рис. 116, а), то при данной индукции поток Ф, пронизывающий ограниченную этим контуром площадь S, максимален.
При вращении контура вокруг оси ОО′, проходящий сквозь него поток уменьшается (по закону косинуса) и становится равным нулю, когда плоскость контура располагается параллельно линиям магнитной индукции (рис. 166, г). В этом случае линии магнитной индукции как бы скользят по плоскости рамки, не пронизывая её.
Таким образом, магнитный поток, пронизывающий площадь контура, меняется при изменении вектора магнитной индукции , площади контура S и при вращении контура, т.е. при изменении его ориентации по отношению к линиям магнитного поля.
Если же контур вращается так. что при любом его положении линии магнитной индукции лежат в плоскости контура, не пересекая ограниченную им площадь (рис. 117), то поток не меняется: в любой момент он равен нулю.
Магнитный поток. Значение магнитного потока зависит от величины магнитной индукции и площади контура. Поместим контур в однородное магнитное поле. Не меняя площади контура, поместим его в магнитное поле с более сильной индукцией. Магнитный поток, пронизывающий контур, при этом увеличится. Увеличим площадь контура не меняя магнитного поля. Число линий магнитной индукции, проходящих через контур площадью S1, существенно больше, чем через контур, площадью S. Поэтому можно утверждать, что увеличение магнитной индукции и площади контура приводит к возрастанию магнитного потока. В случае, когда линий магнитной индукции перпендикулярны плоскостью контура, формула для вычисления магнитного потока выглядит следующим образом: Ф = BS. Величина магнитного потока зависит от того, под каким углом линии магнитной индукции пересекают контур. В общем виде формулу магнитного потока можно записать так: Ф = BS cos α
1. Действие магнитного поля на проводник с током.
Действие магнитного поля на проводник с током Установка состоит из источника тока, ключа, реостата и проводника, подвешенного на проводах. Поднесём к проводнику подковообразный магнит. При отсутствии тока, провода расположены вертикально. При замыкании цепи проводник отклониться от начального положения. Если поменять направление тока в цепи, то проводник отклониться в противоположную сторону.
2. Сила Ампера и правило левой руки.
Выясним, от чего зависит сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Замкнём электрическую цепь и увеличим с помощью реостата силу тока в цепи. Сила действующая на проводник увеличивается. На основании многочисленных опытов был сделан вывод о том, что сила действующая на проводник с током в магнитном поле, прямо пропорционально силе тока в цепи. Увеличим интенсивность магнитного поля, при этом сила действующая на проводник с током также увеличится. Более точные и строгие эксперименты показали, что сила действующая на проводник с током, прямо пропорционально магнитной индукции. Магнитное поле действует только на ту часть проводника, которая расположена в магнитном поле. Если уменьшить длину проводника, то уменьшится и сила действующая со стороны магнитного поля на проводник. Следовательно, чем больше длина проводника с током, тем больше сила действующая на него.
Сила Ампера. Сила Лоренца. Правило левой руки.
§6 ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ.
Вы уже знаете, что вокруг электрического тока всегда существует магнитное поле. Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.
Но если электрический ток «создает» магнитное поле, то не существует ли обратное явление? Нельзя ли с помощью магнитного поля «создать» электрический ток?
Такую задачу в начале XIX в. пытались решить многие ученые. Поставил её перед собой и успешно решил её английский ученый Майкл Фарадей. «Превратить магнетизм в электричество» — так записал Майкл Фарадей в своем дневнике в 1822 году.
Множественные опыты доказали, что:
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 и заключается явление электромагнитной индукции.
Открытие электромагнитной индукции принадлежит к числу самых замечательных научных достижений первой половины
XIX в. Оно вызвало бурное развитие электротехники и радиотехники.
§7. Направление индукционного тока. Правило Ленца.
Опыт с разрезанным и сплошным кольцами На концах алюминиевой пластинки закреплены два кольца. Одно из колец сплошное, а на втором сделан разрез. Если поднесем северный полюс магнита к сплошному кольцу, то оно оттолкнётся и пластинка повернется. При удалении магнита от кольца она притягивается к магниту и следует за магнитом. Если магнит поднести к разрезанном у кольцу, то взаимодействие кольца и магнита не будет.
Правило Ленца Отталкивание кольца при приближении магнита означает, что магнитное поле индукционного тока направлено противоположно магнитному полю магнита. Притяжение кольца при удалении магнита означает, что магнитные поля индукционного тока и магнита обращены одноименными полюсами. Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, что созданное им магнитное поле препятствовало изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.
Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует изменению внешнего магнитного потока, которое вызвало этот ток.
170
§.8. Явление самоиндукции.
Явление самоиндукции заключается в возникновении индукционного тока в катушке при изменении илы тока в ней. При этом возникающий индукционный ток называется индукционным током.
Энергия магнитного поля определяется по формуле:
где L — индуктивность проводника, i — сила тока в этом проводнике.
Индуктивность (коэффициент самоиндукции) — это физическая величина, введённая для оценивания способности катушки противодействовать изменению силы тока в ней. Индуктивность L катушки зависит от её формы, размеров, числа витков и наличия или отсутствия сердечника (например, железного). Единица индуктивности в СИ — генри (Гн).
Опыт с лампами К источнику тока параллельно подключены две лампы. Последовательно с первой лампой включен реостат, а со второй — катушка с железным сердечником. При замыкании ключа первая лампа загорается сразу, а вторая — с запаздыванием. При замыкании ключа вторая лампа загорается запаздыванием потому, что нарастание тока в цепи с катушкой препятствует ток самоиндукции. При размыкании ключа первая лампа гаснет сразу, а вторая — с запаздыванием. При размыкании ключа вторая лампа гаснет с запаздыванием потому, что убыванию тока в цепи с катушкой препятствует ток самоиндукции.
Индуктивность Магнитный поток прямо пропорционален магнитной индукции, которая прямо пропорциональна силе тока в проводнике, создающим магнитное поле. Следовательно, магнитный поток прямо пропорционален силе тока. Коэффициент пропорциональности между силой тока в проводнике и магнитным потоком называют индуктивностью. Индуктивность обозначается буквой L. Единицей индуктивности в системе СИ является генри.
§ 9. ПОЛУЧЕНИЕ И ПЕРЕДАЧА ПЕРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА. ТРАНСФОРМАТОР.
Если периодически перемещать постоянный магнит вверх-вниз относительно катушки (рис. 119) в течение нескольких секунд, то увидим, что стрелка гальванометра отклоняется от нулевого деления то в одну, то в другую сторону. Это говорит о том, что модуль силы индукционного тока в катушке и направление этого тока периодически меняются.
Электрический ток, периодически меняющийся со временем по модулю и направлению, называется переменным током.
В осветительной сети наших домов и во многих отраслях промышленности используется именно переменный ток.
В настоящее время для получения переменного тока используют в основном электромеханические индукционные генераторы, т.е. устройства, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую. Индукционными они называются потому, что их действие основано на явлении электромагнитной индукции.
Ранее мы рассматривали пример получения индукционного тока в плоском контуре при вращении внутри него магнита См. рис. 121,б). На этом принципе работает электромеханический генератор переменного тока. Неподвижная часть генератора, аналогичная контуру, называется статором, а вращающаяся, т.е. магнит, — ротором. В мощных промышленных генераторах вместо постоянного магнита используется электромагнит.
…………….
……………
Стандартная частота переменного тока применяемого в промышленности и осветительной сети в России и многих других странах, равна 50 Гц. Это означает, что на протяжении 1 с ток 50 раз течет в одну сторону и 50 раз в другую. В некоторых странах (например, США) стандартная частота переменного тока равна 60 Гц.
Сила тока, вырабатываемая генераторами переменного тока, меняется со временем от гармоническому закону (т.е. по закону синуса или косинуса) На рисунке 133 показан график изменения тока i со временем t.
Для передачи электроэнергии от электростанций в места её потребления служат линии электропередачи (ЛЭП). Чем дальше от электростанции находится потребитель тока, тем больше энергии Q тратится на нагревание проводов и тем меньше доходит до потребителя:
Уменьшение потерь электроэнергии при её передаче от электростанций к потребителям является важной задачей экономики. Из закона Джоуля—Ленца ( ) следует, что уменьшить потери можно за счет уменьшения сопротивления R проводов и силы тока I в них (что более эффективно, поскольку уменьшение I в n раз Q уменьшается в
n² раз).
Если в поле постоянного магнита вращается рамка, то магнитный поток пронизывающие ее изменяется и в рамки возникает индукционный ток. Сила тока будет изменяться от 0 до максимального значения, а затем уменьшаться до 0. При вращение рамки в магнитном поле, в ней индуцируется электрический ток, который называют переменным. На рисунке представлен график зависимости силы переменного тока от времени. Сила тока изменяется от 0 до максимального значения и обратно. Для оценки действия переменного тока вводит величину называемую действующим значением.
Между полюсами магнита находится прямоугольная рамка, которая может вращаться вокруг вертикальной оси. Если плоскость рамки параллельно линии магнитной индукции, то при пропускании по ней тока рамка начнет поворачиваться. Согласно правилу левой руки, силы Ампера, действующие на противоположные стороны рамки, направлены противоположно. Когда плоскость рамки перпендикулярно линиям магнитной индукции, рамка не поворачивается. Силы Ампера направлены вдоль одной линии. Чтобы рамка не остановилась при вращение, необходимо поменять направление тока в цепи. Специальные полукольца прикрепленные к рамке, скользят по контактным пластинам соединенным с источником тока.
Как сделать генератор, электромагнитная индукция
§ 10. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ.
Явление электромагнитной индукции было открыто Фарадеем в 1831 году.
В том же году в Англии родился Джеймс Максвелл, ставший впоследствии великим ученым и сделавший важнейшее научное открытие, которое позволяло глубже понять сущность явления электромагнитной индукции.
Напомним, что согласно явлению электромагнитной индукции при изменении магнитного потока, пронизывающего контур замкнутого проводника, в этом проводнике возникает индукционный ток. Но ток может возникать только при наличии электрического поля.
Предположение о возникновении электрического поля в результате изменения магнитного вызвало у ученых ряд вопросов. Например: отличается ли оно от поля, созданного неподвижного электрического заряда?
Возникает ли это поле только в проводнике или существует и в пространстве вокруг него? Играет какую-либо роль в возникновении электрического поля замкнутый проводник, по которому течет индукционный ток или оно существует в пространстве независимо от наличия проводника? Ответы на эти и другие вопросы были получены в 1865г., когда Максвелл создал теорию электромагнитного поля. Он теоретически доказал, что всякое изменение со временем магнитного поля приводит к возникновению переменного электрического поля, а всякое изменение со временем электрического поля порождает переменное магнитное поле.
Эти порождающие друг друга электрическое и магнитное поля образуют единое электромагнитное поле.
Источником электромагнитного поля служат ускоренно движущиеся электрические заряды.
Если электрические заряды движутся с ускорением, например, колеблются, то создаваемое ими электрическое поле периодически меняется. Переменное электрическое поле создаёт в пространстве переменное магнитное поле, которое, в свою очередь создает переменное электрическое и т.д.
Переменное электрическое поле называется вихревым, поскольку его линии замкнуты подобно линиям магнитного поля. Это отличает его от поля электростатического (т.е. постоянного, не меняющегося во времени), которое существует вокруг неподвижно заряженных тел. Силовые линии электростатического поля начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных.
Открытие электромагнитного поля позволило более детально описать механизм возникновения индукционного тока. Во всех опытах по получению индукционного тока (см. выше), тем или иным способом менялся магнитный поток, пронизывающий контур замкнутого проводника. При этом, согласно теории Максвелла, возникало вихревое электрическое поле, под действием которого свободные заряды, всегда имеющиеся в проводнике, приходили в направленное движение. В данном случае проводник, замкнутый на гальванометр, играл лишь роль индикатора, обнаруживающего возникшее в данной области пространства электрическое поле. Электрическое поле существует независимо от наличия проводника.
Созданная Максвеллом теория, позволившая предсказать существование электромагнитного поля за 22 года до того, как оно было обнаружено экспериментально, считается величайшем из научных открытий, роль которого в развитии науки и техники трудно переоценить.
§11. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ.
Принцип работы генератора переменного тока
Генераторы переменного тока широко используются в электроэнергетической промышленности. Они способны генерировать переменный ток заданной частоты. Такие генераторы также называются синхронными. В этом видео мы рассмотрим устройство генератора переменного тока в простой и доступной форме.
Опыты, доказывающие существование магнитного поля.
Магниты обладают способностью притягивать к себе небольшие железные предметы. Тела, способны длительное время сохранять свойство притягивать железо или его сплавы, называют постоянными магнитами. Кусок железа можно намагнитить. Для этого поднесем близко к нему магнит. После удаления магнита, большая часть опилок опадает. С помощью динамометра сравним силы притяжения железного шарика разными частями магнита. Магнитными полюсами называют те места магнита, в которых магнитное действие проявляется наиболее сильно.
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ 9 и 11 класс физика