Созданный движением.

(В главное меню)

    Знакомство с магнетизмом также, как и с электричеством, начинается с простейших опытов (Р-31) Магнит притягивает к себе железную булавку, и та, преодолевая силу тяжести, подскакивает вверх

    Магнитная стрелка компаса, как бы вы этот компас ни повернули, всегда смотрит в одну сторону, как будто ее острие тянет какая-то невидимая сила А если поднести к компасу магнит, то стрелка, позабыв обо всем на свете, поворачивается к этому магниту и потом уже неотступно следует за ним, если магнит двигать вокруг компаса Все это не гравитационные взаимодействия (масса Земли тянула булавку вниз, а она все же подскочила к магниту), не электрические (магнит не притягивает клочки бумаги, как наэлектризованная расческа), это нечто совсем иное, новое, не похожее ни на что другое

    Магнетизм относится к числу основных, фундаментальных явлений природы, и магнитные свойства вещества могут быть поставлены в один ряд с массой и электрическим зарядом Магнетизм также, как и электричество, был замечен человеком несколько тысячелетий назад Разумеется, этот новый вид притягивающих сил также, как и электричество, в те времена нельзя было объяснить Их можно было только назвать И назвали новые, ни на что другое не похожие свойства вещества магнитными свойствами, магнетизмом Потому, что эти свойства, эта загадочная способность притягивать железо, были обнаружены у руды из месторождений вблизи города Магнезия, одного из древних городов Малой Азии От этой Магнезии и пошло слово «магнит»

    Понять происхождение магнитных свойств тоже помогают простейшие опыты Но для таких объясняющих опытов придется уже добыть кое-какое современное лабораторное оборудование-батарейку для карманного фонаря, кусок провода и пару лампочек

    Соберите из этих элементов простейшую электрическую цепь, показанную на Р-31, 3, и поднесите к проводу, по которому идет ток, компас (Р-31, 4) -стрелка компаса повернется в сторону проводника Подключите параллельно первой лампочке вторую, увеличив тем самым ток в общем проводе (Р-31, 5), - стрелка отклонится сильнее Уменьшите ток, включив лампочку последовательно, -отклонение стрелки уменьшится Смените полярность подключения батареи и тем самым измените направление тока (Р-31: 6) - стрелка повернется в противоположную сторону И последнее разорвите цепь, прекратите ток в ней - и стрелка компаса тутже вернется в исходное состояние позабыв о проводнике, на который она только что равнялась, стрелка будет, как всегда, показывать на север (Р-31, 2) Из всех этих опытов можно сделать вывод магнетизм порождается электрическим током, и чем сильнее ток в проводнике, тем более сильным магнитом становится этот проводник Глубокие исследования привели к еще более категорическому выводу никакого самостоятельного магнетизма вообще нет, магнетизм порождается электричеством, магнитные свойства появляются у движущихся электрических зарядов, и только у движущихся электрических зарядов

    Но откуда же тогда берутся магнитные свойства у постоянных, железных магнитов, скажем у стрелки компаса? Их тоже создает движение зарядов, но на этот раз движение зарядов в мире атомов и молекул

    Каждый электрон сам по себе обладает некоторыми магнитными свойствами, и, кроме того, в каждом атоме есть свои внутренние электрические токи - движение электронов по орбитам Именно эти орбитальные токи вместе с собственным магнетизмом электронов могут превратить атом в микроскопический магнит Но у всех веществ эти микроскопические магнитики как-то взаимно нейтрализуют друг друга, а у постоянных магнитов магнитные свойства многих атомных токов-магнитов суммируются Конечно, в действительности все происходит не так-то просто, но результат именно такой постоянные магниты своими магнитными свойствами обязаны движению зарядов (Р-32, 7,8)

    Пытаясь подвести итог и несколько утрируя для этого истинную картину, отметим янтарная палочка-это всего лишь янтарная палочка, натертая янтарная палочка - это электрический заряд, и, наконец, натертая янтарная палочка, если ею размахивать в воздухе - это уже магнит

Вокруг всякого движущегося заряда существует уже не только электрическое поле, как вокруг неподвижного (Т-25). но также магнитное поле, еще одна особая форма материи, еще одно невидимое, неслышимое, неосязаемое Нечто Чтобы убедиться, что в какой-то точке пространства есть электрическое поле, достаточно сунуть в эту точку пробный электрический заряд если электрическое поле есть, то оно будет пытаться сдвинуть этот заряд с места Обнаружить магнитное поле можно с помощью пробной магнитной стрелки если магнитное поле есть, то стрелка будет поворачиваться в сторону действия магнитных сил

Эксперименты с магнитной стрелкой убеждают, что магнитное поле всегда замкнуто, что у него, как у бублика, нет начала и нет конца (Р-32. 1) Слово «замкнуто» в данном случае надо понимать так если двигать пробную магнитную стрелку в ту сторону, куда ее поворачивает магнитное поле, то мы придем в туже точку, из которой вышли Этому факту не нужно искать объяснения - так устроен мир Замкнутость магнитного поля - это его основное свойство оно из той же серии, что и существование двух сортов электрического заряда и только одного сорта массы

    Направление магнитного поля определяется направлением тока, который это поле создал, это направление поля можно узнать по правилу буравчика или по правилу часов (Р-32, 2) А если расположить рядом два проводника с током, то в любой точке между ними магнитные силы, действующие на пробную магнитную стрелку, будут определяться магнитными полями обоих проводников Причем в зависимости от направления тока эти два магнитных поля могут либо действовать друг против друга и взаимно уничтожаться (Р-32, 4), либо могут действовать согласованно (Р-32, 3) При согласованном действии магнитных полей их усилия складываются, они с удвоенной силой действуют на магнитную стрелку, помещенную между проводами

    Есть простой способ складывания магнитных полей, которые создаются разными участками одного и того же проводника н^жно просто свернуть проводник в кольцо (Р-32, 5) При этом магнитное поле внутри такого кольца станет суммой многих согласованно действующих магнитных полей и усилится во много раз по сравнению с полем ровного, не изогнутого проводника Наиболее сильное суммарное поле - в районе центра витка Причем если приближать стрелку компаса к району центра то с одной стороны, то с другой, то поле будет поворачивать эту стрелку в разных направлениях (Р-32, 6) Если поднести стрелку к центру витка с одной его стороны, то стрелка повернется к витку своим северным полюсом, а если поднести стрелку к центру витка с другой стороны, она повернется к витку южным полюсом Это различие долго объяснять словами, но оно станет сразу же понятным, если подробно проследить, как складываются магнитные поля отдельных участков кольцевого проводника (Р-32, 5) И тот факт, что направление магнитных сил с одной стороны витка отличается от направления магнитных сил с другой стороны витка, заставляет выделить в его магнитном поле две качественно отличающиеся области (примерно также мы обнаружили некоторые качественные различия у электрических зарядов и выделили два сорта зарядов-«+» и «-») и дать этим областям свои названия область северного магнетизма-это та, которая притягивает стрелку компаса ее синей стороной, и область южного магнетизма - это та, которая притягивает стрелку ее красной стороной Кстати, само различие магнитных свойств двух заостренных концов стрелки связано с теми же явлениями, которые наблюдались при складывании магнитных полей кольцевого тока

    Магнитное поле постоянного магнита создается суммой некоторых кольцевых токов в атомах, молекулах и молекулярных блоках (доменах) При этом поля отдельных микроскопических кольцевых токов складываются так, что у магнита появляются две области с особо сильными магнитными полями Их и называют полюсами магнита (Р-32. 7)

    Рожденные бессчетными атомными кольцевыми токами полюсы постоянного магнита имеют те же особенности, что и северная и южная области кольцевого тока - они притягивают к себе магнитную стрелку разными ее концами Общее правило, не имеющее исключений, отмечает, что разноименные полюсы магнитов (или разноименные области кольцевых токов) притягиваются, одноименные - отталкиваются Где у какого магнита северный полюс, а где южный, можно легко определить, если поднести к нему другой магнит, полюсы которого известны Остается лишь пояснить, как при этом можно дать названия полюсам самого первого магнита, скажем стрелке самого первого компаса Здесь есть два пути Вот первый северным полюсом назвать то острие стрелки (оно окрашено в красный цвет), которое поворачивается к Северному географическому полюсу Земли, а южным полюсом стрелки назвать то ее острие (окрашено в синий цвет), которое смотрит на Южный географический полюс Мы знаем, что Земля - большой магнит, полюсы которого находятся примерно там же, где и географические полюсы Причем на месте Северного географического полюса находится южный магнитный полюс этого большого магнита И этот южный полюс (Северный географический полюс Земли) тянет к себе острие стрелки компаса, которое мы называем северным А вот и второй способ Зная направление тока, всегда можно по правилу буравчика или по правилу часов (Р-32, 2) определить, где у кольцевого тока северная магнитная область, а где южная (их часто тоже называют полюсами) И если внести компас в магнитное поле кольцевого тока, то можно дать названия полюсам стрелки

    Если можно складывать магнитные поля отдельных участков проводника, свернув его в кольцо, то, конечно, можно еще больше усилить суммарное магнитное поле, если свернуть из проводника несколько колец и сблизить их (Р-33) Такой спиралевидный элемент называют катушкой индуктивности или просто катушкой Ясно, чем больше витков у катушки, тем сильнее ее суммарное магнитное поле А кроме того, поле, как всегда, зависит оттока, и поэтому способность катушки создавать магнитное поле (приданной конкретной величине тока) иногда оценивают ампер-витками-произведением тока I в амперах на число витков.

    Можно во много раз усилить магнитное поле катушки, если вставить в нее сердечник (Р-33, 4) из так называемых ферромагнитных веществ К их числу относятся железо (сталь), никель, кобальт, а также некоторые специальные сплавы и специальная керамика, содержащая окислы железа Внешнее магнитное поле действует на кольцевые токи в атомах ферромагнитного вещества таким образом, что эти микроскопические магнитики поворачиваются в одну сторону и начинают создавать свое собственное магнитное поле, которое может оказаться во много раз сильнее внешнего, созданного током в катушке Число, которое показывает, во сколько раз в том или ином веществе реальные магнитные силы превышают магнитные силы внешних полей, иэзывэютотноси тельной магнитной проницаемостью (С-6) У стали магнитная проницаемость около 7000 Это значит, что внутри стального сердечника, вставленного в катушку, магнитные силы поворачивали бы магнитную стрелку (это, конечно, мысленный эксперимент - стрелка внутри стального сердечника) в семь тысяч раз сильнее, чем внутри той же катушки, но без сердечника Если в катушку вставлен стальной или иной ферромагнитный сердечник, то магнитное поле значительно усиливается и в нем самом, и во всей области вблизи катушки

    Все остальные вещества, кроме ферромагнитных, незначительно влияют на реальные магнитные силы При этом некоторые вещества (парамагнитные) незначительно увеличивают эти силы, а другие (диамагнитные) незначительно ослабляют их

    Мы затратили довольно много усилий на знакомство с электрическими явлениями, с процессами в электрических цепях Хочется верить, что это было интересное знакомство, но во всех случаях это было знакомство полезное Можно даже сказать, необходимое Потому что любая электронная установка - это не что иное, как электрическая цепь, и чувствовать себя свободно и легко в мире электроники может только тот, кто глубоко понимает законы электрических цепей

    Во многих электронных приборах и установках работает не только электричество, но и магнетизм, и именно поэтому н^жно иметь хотя бы самое общее представление о некоторых важных магнитных характеристиках и единицах их измерения

    Когда нам понадобились единицы измерения различных электрических характеристик-напряжения, тока, сопротивления, мощности - то мы начали с минимальной порции электрического заряда, с электрона Из него была сформирована реальная единица заряда - кулон, и дальше уже все пошло легко и просто - ампер, вольт, ом, ватт, фарада, джоуль (Т-29. Т-30)

    С единицей магнетизма дело обстоит сложней Во всяком случае, сделать эталоном какой-либо атомный кольцевой ток не удается И в качестве единицы магнитных свойств, единицы магнетизма, выбраны магнитные свойства проводника, по которому идет ток в 1 ампер Знакомые нам электрические характеристики рассказывают о событиях в электрической цепи-об интенсивности движения зарядов (ток), их работоспособности (напряжение), а первопричину всех явлений-электрическое поле - мы оставили в стороне

    А вот все основные магнитные характеристики-это характеристики магнитного поля Одна из них - напряженность поля (Н) -показывает, с какой силой магнитное поле в данной точке действовало бы на определенный пробный магнит, скажем на проводник с током в 1А,если бы действие происходило в вакууме (Р-34. 1) События переносятся в вакуум, чтобы исключить всякое влияние среды, и поэтому можно считать, что напряженность поля-это абсолютно чистая характеристика она говорит только о возможности магнита, который создает магнитное поле И ни о чем другом Единица напряженности-ампер на метр (а/м) Магнитное поле с такой напряженностью появляется на расстоянии 16 сантиметров от проводника, по которому идет ток в 1 ампер

Е    сли напряженность говорит о том, что могло бы делать магнитное поле, то вторая характеристика - индукция - говорит о том, что оно делает реально, с учетом среды (Р-34, 2) Магнитная индукция ^показывает реальную силу, с которой поле в данной точке действует на пробный магнит Единица магнитной индукции-тесла (ТилиТл)

    Представьте себе, что в равномерное магнитное поле, созданное огромным магнитом, поместили проводник, по которому идет ток в 1 А Так вот, если такое поле действует на такой проводник с током силой в 1Н(ньютон),то мы говорим, что в каждой точке поля, через которую этот проводник проходит, магнитная индукция составляет 1 теслу Довольно часто вместо теслы пользуются другой, более мелкой единицей магнитной индукции из другой системы единиц Этогаусс (Гс),которьм в 10000 раз меньше теслы (1Тл= ЮОООГс, 1 Гс= 0,00017 л)

    Что такое метр или ампер, можно себе представить А как представить себе магнитное поле с индукцией 1 Тлили 1 Гс? Для иллюстрации этих единиц отметим, что магнитное поле вблизи сильного магнита может достигать нескольких десятков тысячГс,то есть нескольких Тл Магнитное поле вблизи стрелки компаса едва превышает сотнюГс(0,01 Тл) Магнитное поле Земли вблизи ее поверхности может быть меньше 0,01 Г с(0,000001Тл;

    Индукция говорит о реальных магнитных силах в определенной точке поля А какие общие силовые возможности у данного магнита?

    Насколько велико пространство, где действует известная величина индукции? Об этом косвенно рассказывает такая характеристика магнитного поля, как магнитный поток (обозначается буквой Ф) Магнитный поток определяется так выделяют площадку, перпендикулярную направлению магнитных сил, и смотрят, чему равна магнитная индукция не в одной какой-нибудь точке, а на всей площадке Величина индукции, умноженная на площадь площадки, и называется магнитным потоком Магнитную индукцию уместно сравнить с весом одной дождевой капли, а магнитный поток-с весом всех капель, ударяющих в данную минуту по району, где идет дождь Единица магнитного потока в системе СИ-вебер (Вб),он соответствует индукции в 1 Гл, действующей на площади 1м^А2

    Можно провести полезную аналогию между электрической цепью, по которой идет ток, и тем «бубликом», по которому замыкается магнитное поле (Р-35, 1) Роль генератора в такой магнитной цепи играет сам магнит или электромагнит-катушка Ток в электрической цепи можно сравнить с общим магнитным потоком, который как бы выходит из одного полюса магнита и входит в другой А магнитное сопротивление будет отображать влияние среды на величину магнитного потока подобно тому, как сопротивление электрической цепи отображает влияние среды, где протекает ток, на величину этого тока Существует даже закон Ома для магнитной цепи (Р-35, 2), он имеет внешнее сходство с законом Ома для электрической цепи Так, например, отмечается, что магнитный поток пропорционален так называемой магнитодвижущей силе, которую в случае электромагнита определяют ампер-витки катушки чем больше эти ампер-витки, тем сильнее общий магнитный поток Кроме того, магнитный поток обратно пропорционален магнитному сопротивлению если полюсы магнита, который находился в воздухе, замкнуть магнитопроводом из стали, то резко (в 7000 раз) уменьшится магнитное сопротивление цепи и увеличится магнитный поток Сравнение магнитной цепи с электрической приводит к некоторым очень важным практическим выводам Вот один из них если в замкнутой стальной магнитной цепи сделать небольшой воздушный зазор (Р-35, 6), то он резко увеличит общее магнитное сопротивление цепи и ослабит общий поток-так участок с большим сопротивлением, последовательно включенный в электрическую цепь, резко уменьшает ток в ней Очень важно, что при этом уменьшится и магнитная индукция в самой стали - это есть результат ослабления общего магнитного потока А если параллельно воздушномузазору создать дополнительный путь с меньшим магнитным сопротивлением (Р-35, 7), например приложить к зазору тонкую стальную пластинку, то магнитное сопротивление участка уменьшится (так уменьшалось сопротивление участка электрической цепи при ее шунтировании) и основной магнитный поток пойдет по пути наименьшего магнитного сопротивления (основной электрический ток в параллельной цепи тоже идет по пути наименьшего сопротивления), пойдет через магнитный шунт Это интересное явление используется для записи сигналов на магнитную ленту (Т-231), в частности в магнитофонах и видеомагнитофонах

    До сих пор мы знали, что ток, работая в электрической цепи, может создавать тепло и свет, может переносить некоторые вещества с одного электрода на другой (Т-22) Теперь же, после знакомства с магнитными свойствами тока, нетрудно представить себе, как электрический ток выполняет тяжелую механическую работу в электродвигателях

    Двигатели бывают самые разные, разные по устройству, по режиму работы, потребляемой электрической мощности, разные по характеру питающего их тока (к некоторым двигателям н^жно подводить неизменное напряжение, к другим - обязательно меняющееся) Но во всех этих двигателях используется один итотже принцип по проводнику пропускают ток, магнитные силы внешнего магнита (или электромагнита) начинают двигать этот проводник, взаимодействуя с его собственным магнитным полем (Р-36) Сила этого взаимодействия, а значит, и работоспособность двигателя зависит от тока в его рабочих движущихся обмотках и от индукции внешнего магнитного поля чем больше этот токи чем больше индукция внешнего поля, тем мощнее двигатель Поэтому, между прочим, в двигателях так много стальных деталей они уменьшают магнитное сопротивление тех магнитных цепей, по которым замыкаются поля, при этом усиливается магнитный поток и, следовательно, индукция (Р-36, 3)

    На принципиальных схемах двигатель имеет свое обозначение Для простоты его часто можно рассматривать как резистор и пользоваться всеми известными формулами, чтобы подсчитать ток в двигателе, его сопротивление, напряжение на зажимах или потребляемую двигателем мощность (Р-36, 4)

    Долгие годы электричество и магнетизм были известны как совершенно разные, независимые явления И только в 1820 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что электрический ток действует на стрелку компаса и что, следовательно, магнетизм может появиться из электричества После этого открытия естественно было предположить, что можно осуществить и обратное преобразование из магнетизма получить электричество-ведь получаютже из воды лед, а из льда воду И электричество из магнетизма действительно было получено, но не сразу, а только через двадцать два года после открытия Эрстеда Все эти годы ушли на выяснение одной, как теперь кажется, очень простой истины

    Электричество из магнетизма впервые получил замечательный английский физик Майкл Фарадей Он самыми разными способами пытался расположить проводник возле магнита, полагая, что для получения тока н^жно лишь придать проводнику удачную формуй найти ему удачное место в магнитном поле И только спустя много лет Фарадей обнаружил, может быть даже случайно, что для получения тока в проводнике, кроме этого проводника и магнита, н^жно еще одно обязательное слагаемое-движение Электродвижущая сила на концах проводника, а при замкнутой цепи и ток в нем, появляется, если проводник определенным образом двигать в магнитном поле (Р-37. 1) Это явление называется электромагнитной индукцией, или в переводе-электромагнитным наведением

    Появление индуцированной (наведенной) э д с в самом упрощенном виде можно объяснить так каждый свободный электрон обладает магнитными свойствами, по-видимому, за счет каких-то внутренних сложных движений его электрического заряда Если поместить проводник во внешнее магнитное поле, то оно схватит (]^8) свободные электроны проводника, взаимодействуя с ними, как с микроскопическими магнитиками А если теперь двинуть проводник, то электроны как бы останутся на месте, удерживаемые внешним полем, и проводник сместится относительно этих свободных электронов В итоге на одном конце проводника концентрация электронов увеличится, на другом - уменьшится То есть на концах проводника появится скопление разноименных зарядов, а значит, электродвижущая сила Если же остановить проводник, то электроны постепенно вернутся в свои старые районы и вновь равномерно распределятся в проводнике При этом, разумеется, э д с на его концах исчезнет Еще раз отметим это очень упрощенное объяснение, скорее даже намек на объяснение, чем истинная картина

    Величина наведенной э д с Е зависит от длины проводника I, от индукции внешнего магнитного поляВи еще, конечно, от скорости движения проводникам чем быстрее он движется, тем больше наведенная электродвижущая сила (Р-37, 3)

    Для того чтобы в проводнике извелась э д с , можно двигать его в магнитном поле или, что то же самое, магнитное поле двигать относительно проводника А можно еще поступить так расположить рядом два проводника и в одном из них менять величину тока, например включив в цепь переменное сопротивление (Р-37. 4) Раз в первом проводнике меняется ток, то, значит, меняется и его магнитное поле А оно, это меняющееся поле, охватывает второй проводник и наводит в нем э д с точно также, как это делало магнитное поле движущегося магнита Такой способ наведения эд с называется взаимоиндукцией

    Уберем второй проводник и внимательно посмотрим, что происходит в первом, когда в нем меняется ток Этот меняющийся ток, как мы только что установили, создает меняющееся магнитное поле Но ведь это поле не только действует в пространстве вокруг проводника, оно пронизывает и сам проводник И когда собственное магнитное поле проводника меняется, то оно, по всем правилам электромагнитной индукции, наводит э д с в самом этом проводнике (Р-37, 5) Такой способ наведения называют самоиндукцией, а наведенную э д с - электродвижущей силой самоиндукции

    Итак, в цепи при изменении тока действуют две электродвижущие силы - э д с генератора и э д с самоиндукции Как же происходит их взаимодействие, каковы результаты такой совместной работы1? Оказывается, что э д с самоиндукции всегда мешает генератору менять ток в цепи (Интерес представляет только режим изменения тока если ток не меняется, то остается неизменным и магнитное поле проводника, а значит, э д с самоиндукции вообще нет) Если ток по какой-либо причине увеличивается, то э д с самоиндукции мешает этому увеличению, и ток уже возрастает не так резко Если ток в цепи уменьшается, то э д с самоиндукции мешает этому уменьшению, поддерживает ток, и в итоге он падает более плавно В этом отношении э д с самоиндукции можно сравнить с маховиком, который вначале трудно раскрутить, а затем трудно остановить Особенно велика э д с самоиндукции при резком изменении тока, например в момент размыкания цепи

    Можно увеличить наведенную в проводнике э д с , если свернуть этот проводник в спираль, то есть сделать из него катушку индуктивности В этом случае в каждом витке будет наводиться электродвижущая сила (э д с индукции, взаимоиндукции или самоиндукции, в зависимости от выбранного способа наведения), и все эти э д с отдельных витков будут складываться также, как складывается э д с последовательно включенных генераторов Суммарная э д с , наведенная магнитным полем в катушке, пропорциональна числу ее витков То же самое можно сказать и о процессе взаимоиндукции Здесь для получения э д с располагают рядом две катушки (Р-38. 4) -первичную I (в ней меняется ток и создает меняющееся магнитное поле) и вторичную II (в ней наводится э д с взаимоиндукции) Чем больше витков в этой вторичной катушке, тем больше наведенная в ней э д с Кстати, такое устройство из нескольких катушек (обмоток) называется трансформатором Вскоре мы познакомимся с ним подробнее (Т-87)

    Наведенная э д с зависит и от скорости изменения индукции Вмагнитного поля, охватывающего витки Обратите внимание не от самой величины магнитной индукции, а от скорости ее изменения Это настолько важная особенность многих процессов - зависимость чего-либо от скорости изменения,- что на ней стоит остановиться более подробно

    Вообразите себя героем арифметической задачи из популярной серии задач с бассейнами По условиям нужно выбрать для купания один бассейн из трех возможных При этом известно, что в первом бассейне уровень воды ЗОсм.во втором - 15сми в третьем-5см Из всех этих мелких водоемов вы, конечно, выбираете первый - лучше уж войти в воду по колено, чем по щиколотку Но вот, почитав условия задачи чуть дальше, вы узнаете, что кран, наполняющий первый бассейн, закрыт, а во втором бассейне кран открыт (в задаче с бассейнами обязательно должны быть открытые и закрытые краны) и уровень воды поднимается на 1 ш каждую минуту Приходится на ходу менять решение-выбираем второй бассейн, через час здесь вода поднимется уже до 75ш,и можно будет поплавать по-настоящему В ожидании, пока это произойдет, вы наконец дочитываете условия задачи до конца, и выясняется, что и в третьем бассейне открыт кран, причем открыт очень сильно-уровень воды каждую минуту поднимается на 10 см Теперь сомнений нет лучше всех третий бассейн, он наполнится до тех же 75см,что и второй, уже не за час, а всего за каких-нибудь 7 минут Только успеешь раздеться, и уже можно нырять Этот простой пример показывает, что есть случаи, когда нужно не только знать «сколько1?», но стоит также поинтересоваться, «меняется или не меняется?», а если окажется, что меняется, то необходимо выяснить, «насколько быстро меняется?», или, иными словами, «чему равна скорость изменения?»

    До чего же все-таки это прекрасное изобретение человека - школа, система передачи знаний То, на выяснение чего великий Фарадей потратил годы, мы узнаем в несколько минут Заглянув в школьный учебник физики, мы узнаем, что э д с , которая наводится в проводнике или в катушке, зависит оттого, насколько быстро меняется поле чем больше скорость изменения магнитной индукции (или скорость движения проводника в равномерном поле с постоянной индукцией), тем больше наведенная э д с Объяснить это можно, пользуясь крайне упрощенной картиной наведения э д с и ни на минуту не забывая о предупреждении TJS При движении проводника внешнее поле, схватившее его свободные электроны, старается сдвинуть их в один конец этого проводника, накопить в одной области А электроны своими электрическими полями расталкиваются, стараются распределиться по проводнику равномерно Здесь для магнитного поля, создающего э д с, самое главное- скорость чем быстрее оно будет сдвигать электроны, тем большее их количество накопится на концах проводника (катушки), тем больше будет наведенная э д с индукции Кое-что здесь может пояснить еще один пример с бассейнами Представьте себе, что в бассейне два крана, через один вода наливается (внешнее магнитное поле, изменяясь, тянет за собой электроны), через другой кран-выливается Ясно, что чем больше открыт первый кран, чем больше скорость наполнения бассейна, тем больше в нем успеет накопиться воды А стоит перекрыть первый кран (скорость изменения магнитного поля равна нулю), как бассейн быстро окажется пустым (наведенная э д с равна нулю)

    В процессе взаимоиндукции и самоиндукции магнитное поле меняется потому, что меняется ток в цепи, и поэтому чем быстрее меняется ток, тем больше и наведенная в катушке э д с (Р-39. 1, 2) Подчеркнем смысл понятия «скорость изменения» еще одним примером, но уже не с бассейнами, а с более близкой нам теперь электрической цепью По двум совершенно одинаковым катушкам идет ток-по первой 5 А, по второй- 1000 Л Токи в катушках постепенно меняются, и через секунду в первой катушке уже 10 А,во второй- 1001АТаквот, э д с самоиндукции во второй катушке, несмотря на устрашающую абсолютную величину тока (1000А-это очень много!), будет меньше, чем в первой Потому что скорость изменения тока в первой катушке больше - здесь ток изменился на 5 Л за 1сек,а во второй катушке - всего на 1 Л за ceк

Т-61. Индуктивность характеризует способность катушки создавать магнитное поле, единица индуктивности-генри.

    Зависимость э д с самоиндукции от скорости изменения тока позволяет ввести точную характеристику тех свойств самой катушки, которые говорят об умении взаимодействовать с магнитным полем и создавать свое поле Мы упоминали, что магнитное поле катушки тем сильнее, чем больше в ней витков, и что поле резко усиливается, если вставить в катушку ферромагнитный сердечник (Т-52) Теперь мы можем о магнитных свойствах катушки судить по той э д с , которая в этой катушке наводится Характеристика катушки, которая рассказывает об этом, называется еекоэффициентом самоиндукции, или, короче, коэффициентом индуктивности, или, еще короче, просто индуктивностью Обозначается этот коэффициент буквой L, этой же буквой часто обозначаются на схемах и сами катушки Единица индуктивности-генри Такой индуктивностью обладает катушка, если при изменении в ней тока на 1Аза 1сек в катушке наводится э д с 1 ВТо, что реально могут представлять собой катушки той или иной индуктивности, показано на Р-39

    К арсеналу генераторов, в которых электризация электродов шла за счет химической, тепловой или световой энергии (Т-27), мы сейчас прибавим еще один тип источников электрической энергии Это машинный генератор, в нем получают э д с , двигая проводник или систему проводников (обмотку) в магнитном поле В реальных мощных генераторах, правда, поступают наоборот - обмотка, на которой должна наводиться э д с , стоит на месте, а относительно нее движутся мощные электромагниты Но принцип работы всех машинных генераторов один итотже они используют энергию внешних источников (водяных или паровых турбин, двигателей внутреннего сгорания, ветродвигателей) для того, чтобы создавать э д с , направлять в электрические цепи заряды, которые могли бы выполнять разные виды работ - светить, греть, двигать

    Задумываясь над тем, что происходит в такой системе, можно натолкнуться на два простых вопроса, два наивных «Почему? Вот первое - почему для перемещения обмоток генератора в магнитном поле н^жны мощные источники энергии, все эти гигантские паровые турбины, гигантские плотины, где работает падающая с огромной высоты вода? На это «Почему? можно ответить в общем виде, а можно ответить конкретно, с учетом конкретных процессов в электрогенераторе Сначала общий ответ Электрические заряды, которые электрогенератор направит в цепь, будут выполнять там большую работу Откуда заряды возьмут необходимые для этого силы? Кто даст им необходимый запас энергии? Конечно же, генератор Но генератор не может взять энергию ниоткуда, он получает ее от внешнего источника, например от паровой турбины

    А теперь конкретно мы знаем, что магнитное поле выталкивает проводник с током (Т-55), а здесь, в генераторе, мы вынуждены вталкивать проводник с током в магнитное поле, которое, естественно, сопротивляется этому вталкиванию, чтобы преодолеть сопротивление магнитного поля, как раз и приходится затрачивать энергию - иначе не провернешь в магнитном поле обмотку, в которой должна известись э д с Второе «Почему?» не только наивно, оно еще и весьма коварно Мы сжигаем на электростанциях топливо (почти 90% всей электроэнергии мира вырабатывают тепловые электростанции) для того, чтобы пришла в движение паровая турбина и чтобы у нее были силы двигать обмотки в электрогенераторе Генератор создает ток, который затем приходит на завод и приводит в движение станок Или приходит в нашу квартиру и нагревает электроплитку Так для чего же нужен этот посредник-электричество? Для чего нужны столь сложные преобразования - тепло - механическая работа - электричество - тепло? Или тепло - механическая работа - электричество - механическая работа? Не проще ли сразу, без посредников использовать механическую работу или тепло?

    Вы сами легко ответите на подобные вопросы, если внимательно посмотрите вокруг, приглядитесь к тому, как работает электричество Электричество - это возможность перебрасывать энергию на огромные расстояния И очень простые, удобные средства транспорта - не труба с горячим паром, не состав с углем, а всего лишь медный проводник н^жен, чтобы миллиарды тружеников-электронов приступили к работе за сотни километров от электростанции

    Электричество - это возможность делить энергию на любые порции И распределять ее между огромным числом потребителей (Р-40) провел провод в квартиру - и пользуйся сколько нужно

    Электричество-это мгновенное превращение полученной энергии в любую нужную тебе форму-в свет, тепло, механическое движение Это компактные простые и яркие источники света, компактные и простые механические двигатели и масса устройств и процессов, которых без электричества вообще не было бы (ускоритель, телевизор, компьютер) Одним словом, у электричества достаточно достоинств, чтобы было выгодно сначала превращать другие виды энергии в электроэнергию, а затем по мере необходимости производить обратные превращения Самый удобный способ получения наведенной э д с - это вращение проводников (обмоток) в магнитном поле Именно вращение - большинство машин-двигателей создают именно вращательное движение К тому же оно позволяет легко получить переменный ток, который имеет массу достоинств Но это уже следующая глава нашего повествования

(В главное меню)