Ответы и объяснения

2012-05-26T06:04:28+04:00

Рассмотрим на примере генератора постоянного тока:  

За счет вращения витка в постоянном магнитном поле, в его активной части наводится ЭДС индукции E=B*v*L_{a}*sin\alpha,

где L_{a} - длина активной части, т.е. находящейся в области магнитного поля; \alpha - угол между вектором магнитной индукции и линейной скоростью вращения активной части витка. Очевидно, что ЭДС индукции максимальна тогда, когда \alpha=90 градусов!  

 

  • Chap
  • новичок
2012-05-26T11:20:07+04:00

ОТКУДА БЕРЕТСЯ В ГЕНЕРАТОРЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО?

В природе есть такое явление: магнитная индукция.
Если в магнитном поле перемещается проводник, то в нем возникает электродвижущая сила (ЭДС) и на его концах возникает небольшое электрическое напряжение (электроны, содержашиеся в металле, под действием ЭДС перетекают к одному из концов проводника).
Один конец проводника заряжается положительно, другой - отрицательно.
Такой же эффект будет, если проводник не движется, но меняется сила магнитного поля, в котором он находится.

Еще сильнее эффект проявляется, если в постоянном магнитном поле вращается рамка из проводника.
При повороте рамки изменяется магнитный поток, проходящий через рамку.
Можно рамку не вращать, а менять туда-сюда силу магнитного поля. Эффект будет тот же.

При вращении рамки в постоянном магнитном поле в ней создается ПЕРЕМЕННАЯ ЭДС (меняющая свое напрввление на противоположное при каждом повороте рамки на 180 градусов).
Величина создаваемой в проводнике ЭДС зависит:
1 От силы магнитного поля
2 От скорости изменения магнитного поля.
Чем быстрее меняется поле - тем больше ЭДС.
Чем сильнее само поле - тем больше ЭДС.

Если к концам такой рамки подключить лампочку (замкнуть цепь), то в рамке под действием индуцированной ЭДС потечет ток (электроны в металле начнут перемещаться по замкнутой цепи и нагревать нить накаливания в лампе). Ток будет так же переменным, как и ЭДС.
Как только появится ток, он тут же создаст вокруг рамки собственное магнитное поле, которое станет сопротивляться вращению рамки, взаимодействуя с магнитным полем от магнитов.
Чем мощнее лампочка - тем больше ток - тем сильнее собственное магнитное поле рамки - тем сильнее рамка сопротивляется вращению - тем больше сил нужно тратить на вращение рамки.
То есть чем мошнее нагрузка, подключенная к генератору - тем больше мощности нужно тратить на его вращение.

В настоящих промышленных генераторах, и в маленьких и в очень больших, роль рамки из проводника выполняют десятки катушек с тысячами витков провода, а магнитное поле создается либо мощными постоянными магнитами, либо электромагнитами с возбуждением от внешнего источника тока.
Электромагниты позволяют создать очень сильное магнитное поле, намного сильнее, чем самые мощные постоянные магниты. Причем силу этого поля можно регулировать по желанию, меняя силу тока возбуждения.

В промышленных генераторах переменного тока рамки из проводников (многочисленные катушки) расположены на неподвижном корпусе генератора (статоре), а магниты (постоянные или электрические) расположены на вращающейся части генератора (роторе). При вращении ротора разнополярные магниты движутся мимо катушек, создавая в них меняющеся магнитное поле, которое создает в катушках ЭДС.

Переменный ток - это ток, который периодически, обычно по синусоидальному закону, меняет своё направление на противоположное. В промышленных и бытовых электросетях в России ток меняет направление 100 раз в секунду (с частотой 50 Герц).

Промышленные генераторы на электростанциях России генерируют переменный ток с частотой 50 Герц, напряжением от 630 до 24 000 Вольт и мощностью от 1 500 до 1 500 000 килоВатт. Скорость вращения ротора у них обычно 3000 оборотов в минуту (50 оборотов в секунду). В некоторых моделях скорость вращения 1500 оборотов в минуту.

Для передачи электроэнергии на большие расстояния, чтобы снизить потери на нагрев проводов, нужно уменьшать ток. Чтобы при этом сохранить мощность - нужно повышать напряжение. Для этого применяются специальные устройства - трансформаторы. Напряжение в линиях электропередач может быть от 6 000 Вольт до 1 500 000 Вольт. Чтобы электроэнергией можно было безопасно пользоваться, нужно понизить ее напряжение. Для этого так же применяются трансформаторы, понижающие напряжение и увеличивающие силу тока.

Напряжение в домашней сети понижено до 220 Вольт. А в сетях трамваев, троллейбусов и в метро напряжение понижают до 500 или до 850 вольт.
Для железнодорожного транспорта напряжение понижают не очень сильно - до 25 000 Вольт.
Если железная дорога использует постоянный ток, то его напряжение можно делать не таким большим - 3 000 Вольт.
С помощью трансформаторов можно преобразовывать ТОЛЬКО ПЕРЕМЕННЫЙ ток.

Еще бывают генераторы постоянного тока. Они устроены намного сложнее.

Постоянный ток может быть пульсирующим (меняющим силу), но он никогда не меняет своего направления.

Постоянный ток можно получить либо с помощью особого генератора постоянного тока, либо путём преобразования переменного тока в постоянный с помощью специального устройства - выпрямителя.