Электричество шаг за шагом
- Автор: Сворень Рудольф Анатольевич
- Год: 2019
- Язык: русский
- Год: "ДМК Пресс"
- ISBN: 978-5-97060-604-9
- Жанр: Детское образовательние
Электронная книга - «Электричество шаг за шагом». Краткое содержание книги:
Используя 400 специально разработанных иллюстраций, автор рассказывает об истории изучения электричества, о сложившихся основных системах постоянного и переменного тока и о той важной роли, которая досталась электричеству в энергетике нашего мира.
Рудольф Анатольевич Сворень — автор многих популярных книг о физике и электронике, известный научный журналист, радиоинженер и кандидат педагогических наук, много лет проработавший в редакции журнала “Наука и жизнь” заместителем главного редактора.
В реальных электрогенераторах «рамку» вращают разными способами. Заметим, что слово «рамка» взято в кавычки потому, что здесь это всего лишь образ, в настоящих генераторах вместо рамки имеются сложные системы обмоток, уложенные в стальной сердечник. Такая вращающаяся часть генератора (или двигателя), независимо от её устройства и назначения, так же как у мотора, называется «ротор», от латинского «ротаре» — «вращаться».
Итак, ротор реального генератора вращают разными способами. В автомобиле, например, с помощью приводного ремня вращение передаётся на генератор от основного бензинового двигателя, он очень небольшую часть своей мощности отдаёт для подзарядки аккумулятора и питания бортовых электроприборов. На больших электростанциях ротор электрогенератора жёстко соединяют с валом, как его называют, первичного двигателя — чаще всего это мощная паровая турбина, газовая турбина или гидротурбина. И во всех случаях электрогенератор снабжает нас электрической энергией, превратив в неё механическую работу своего первичного двигателя. Мы ещё поговорим об этом подробнее, а пока предварительный итог: чтобы получить электрическую энергию, нужно много работать. И в широком смысле, и в узком, конкретном — нужно с помощью мощного первичного двигателя вращать ротор электрогенератора, затрачивая другие виды энергии для получения энергии электрической.
Каждый, кто думал об этом, возможно, задавался вопросом: для чего вообще в таком случае нужно электричество? Не проще ли сразу, без посредников использовать энергию сжигаемого на тепловых электростанциях топлива? Или огромную энергию падающей воды, которая крутит турбины гидроэлектростанций? Ответ на эти вопросы за пределами общих размышлений — неумолимые цифры инженерных и экономических расчётов давно доказали огромные достоинства электроэнергетики. Многие из этих достоинств связаны с применением переменного тока, к знакомству с которым мы переходим.
ВК-143. Одна из характеристик трансформатора — коэффициент трансформации k (иногда буква n), показывающий отношение числа витков w2 обмотки 2 к числу витков w1 обмотки 1. Если коэффициент k больше единицы, то трансформатор повышает напряжение, если к меньше единицы, то понижает. Попутно отметим, что во сколько раз повышается напряжение, во столько же раз понижается ток — трансформатор мощности не меняет.
Глава 10
Постоянное непостоянство переменного тока
В первых своих попытках создать электрогенератор мы вращали проволочную рамку в магнитном поле и убедились, что в полном соответствии с законами электромагнитной индукции в рамке действительно наводится электродвижущая сила — генератор работает. Однако оказалось, что полярность наведённой э.д.с. дважды в течение одного оборота рамки меняется, и если не принять специальных мер (переключение выводов рамки с помощью коллектора), то на выводах, или, как часто говорят, на зажимах генератора, «плюс» и «минус» дважды в течение каждого оборота рамки будут меняться местами. Таким образом, мы фактически получили бы генератор переменной э.д.с., который, естественно, создавал бы в цепи переменный ток — ток, который периодически меняет своё направление, идет туда-обратно. Приученные батарейкой карманного фонарика к тому, что «плюс» и «минус» никогда своих мест не меняют, что они всегда на одних и тех же зажимах генератора, мы тут же нашли способ сохранить неизменную полярность — подключили рамку к выводам генератора через переключатель, вращающийся вместе с ней, через коллектор. Но, решив задачу, есть смысл осмотреться и увидеть, что вся электроэнергетика — это в основном энергетика переменного тока. И что, столь долго путешествуя по электрическому миру, пора обратить внимание и на него.
Т-117. Если в магнитном поле равномерно вращать проводник, то в нём наведётся переменная синусоидальная э.д.с. Настал момент более внимательно всмотреться в проводник, который вращается в магнитном поле, понаблюдать, как меняется наведённая в нём электродвижущая сила (Р-56). Для начала вспомним, что наведённая э.д.с. зависит от скорости движения проводника. Но речь идёт не о движении вообще, куда угодно. Наведённая в проводнике э.д.с. зависит от того, с какой скоростью проводник пересекает магнитное поле, с какой скоростью он движется перпендикулярно полю, перпендикулярно направлению, в котором в этом поле установилась бы пробная магнитная стрелка. Для начала посмотрим на простейшую модель машинного электрогенератора переменной э.д.с., где она наводится в рамке и снимается с двух вращающихся металлических колец с помощью двух скользящих контактов. Процесс наведения этой э.д.с. очень прост и в то же время очень важен, поэтому мы сейчас разберём его подробно, как говорится, раз и навсегда.