Буду электротехником - Якобсон Авсей Хананович - Страница 6

конец — на Южный. Так вот, если поднести стрелку компаса к по­люсам магнита, то ее зачерненный конец бу­дет направлен на так называемый северный полюс магнита, а дру­гой полюс магнита бу­дет южным. В этом легко убедиться, подне­ся к нему компас.

— Вот, — продол­жал вожатый,— запо­мните, что магнитные силовые линии распо­лагаются в пространстве по направлениям, строго зависящим от располо­жения полюсов магнита. Получается, что силовые линии как бы выходят из северного полюса магнита и входят в его южный полюс. Теперь вернемся к на­шему генератору. Когда его рамка вращается, то благодаря замечательному явлению — электромагнит­ной индукции — в проводнике рамки, пересекающем магнитные силовые линии, возникает ЭДС и ток.

Если проводник движется вдоль магнитных сило­вых линий, то ЭДС и ток в нем не возникают. Для получения ЭДС и тока необходимо, чтобы магнитные силовые линии обязательно пересекали проводник. При этом направление ЭДС и тока строго зависит от направления движения проводника и направления пересекаемых им магнитных силовых линий. Чтобы лучше это понять, вспомните про то, как плуг пашет землю. Когда трактор тянет плуг вперед, его лемеха вонзаются в землю и отбрасывают ее на правую сто­рону в направлении, перпендикулярном направлению движения плуга. Подобно этому и магнитные силовые линии, пересекая проводник, как бы перемещают его свободные электроны в одну сторону (то есть создают ток) в проводнике.

Направление тока (или ЭДС) в проводнике, пере­секающем магнитные силовые линии, можно опреде­лить так. Ладонь правой руки надо расположить таким образом, чтобы магнитные силовые линии как бы вонзались в нее, то есть так, чтобы рука была как бы обращена ладонью к северному полюсу магни­та. При этом отведенный большой палец следует на­править в сторону движения проводника, тогда остальные пальцы покажут направление тока или ЭДС в проводнике.

Если мы воспользуемся этим правилом и попро­буем определить направление тока в рамке нашего генератора, в случае, если она вращается по часовой стрелке, то увидим, что в проводнике рамки, пересе­кающем силовые линии вблизи северного полюса магнита, ток будет идти в направлении «от нас», а в другом проводнике, проходящем в это время около южного полюса, ток будет идти в направлении «на нас». Значит, ток будет обходить рамку по ее пери­метру сначала в одном направлении, а через пол-оборота рамки в обратном направлении и т. д.

Вот потому-то через лампочку и проходит пере­менный ток. В течение каждого оборота рамки ЭДС и ток дважды изменяют свое направление. При этом

величина тока изменяется от нуля до некоторого наи­большего значения. Оказывается, что величина тока (или ЭДС), возникающего в рамке генератора, зави­сит от размеров рамки и скорости ее вращения. Чем больше оборотов делает наша рамка в одну секунду, тем больше ЭДС и ток. Чем больше длина провод­ника рамки, пересекающего магнитные силовые ли­нии, тем больше ЭДС и ток. Поэтому в обычных гене­раторах применяют не одну вращающуюся рамку, а много последовательно соединенных рамок (витков). Причем их располагают не в воздухе (как в нашем простейшем генераторе), а в неглубоких пазах рото­ра, набранного из тонких стальных листов. Благодаря этому число силовых линий, проходящих между полю­сами магнита, увеличивается, что также приводит к увеличению ЭДС и тока генератора. Наконец, в обычном генераторе вместо постоянного магнита применяют электромагниты, расположенные по окруж­ности его станины, что позволяет получать большие ЭДС и токи. Ток от такого генератора может питать сеть освещения.

—                 Но почему же лампочки в сети освещения не мигают, если переменный ток все время то появляется, то исчезает? — спросил кто-то из ребят.

—                 А потому,— ответил вожатый,— что изменения тока в сети происходят быстро. Раскаленная нить лампочки не успевает остыть, и мы не замечаем мель­каний. Но если бы мы стали вращать ротор нашего генератора помедленнее, то мерцание лампочки ста­ло бы заметным. За каждый оборот ротора лампочка вспыхивала бы дважды.

— То, что переменный ток (в отличие от постоянного) такой изменчивый, не является его недостат­ком, — продолжал вожатый. — Наоборот, именно благодаря этому такой ток можно легко трансформи­ровать, то есть преобразовывать при помощи транс­форматоров. Вот сейчас я расскажу вам о трансфор­маторе.

И мы узнали, что простейший трансформатор состоит из двух обмоток, расположенных на сердеч­нике, набранном из тонкой листовой стали.

Как же работает трансформатор? А вот как. Когда по одной из его обмоток проходит ток, то вокруг ее витков (как и вокруг любого проводника с током), а также и в сердечнике трансформатора создаются магнитные силовые линии. С увеличением тока число линий растет, и они охватывают все большее простран­ство вокруг обмотки. С уменьшением тока число маг­нитных силовых линий уменьшается, и они стяги­ваются к проводникам обмотки. А когда ток стано­вится равным нулю, магнитные линии исчезают совсем. Так вот, если в обмотку подать переменный ток, то будет все время изменяться и число магнит­ных силовых линий и их расположение вокруг об­мотки.

При этом линии будут пересекать витки другой обмотки трансформатора. Здесь мы опять сталкива­емся с явлением электромагнитной индукции. Когда магнитные силовые линии пересекают витки обмотки, в ней наводится ЭДС. Если к этой обмотке подклю­чена нагрузка (например, лампочка), возникает ток. Сердечник трансформатора служит для увеличения числа магнитных силовых линий, создаваемых током, питающим трансформатор.

Трансформаторы бывают понижающие и повы­шающие.

У понижающего трансформатора обмотка, в кото­рой много витков тонкой изолированной проволоки, называется первичной, а другая, в которой значитель­но меньшее число витков более толстой изолирован­ной проволоки,— вторичной. При подключении пер­вичной обмотки трансформатора к источнику перемен­ного тока в его вторичной обмотке создается ЭДС меньшая, чем у источника тока. Но зато имеется воз­можность получать значительно большую силу тока, чем сила тока в первичной обмотке.

Трансформаторы используются не только для понижения ЭДС или электрического напряжения, но и для повышения их.

Для этого применяют трансформаторы, у которых в первичной обмотке меньше витков, чем во вторич­ной. Когда к первичной обмотке такого трансфор­матора подводят напряжение, то на концах его вторичной обмотки появляется повышенная ЭДС и, соответственно, напряжение. Трансформаторы можно увидеть на электростанции, трансформаторной под­станции, на любом заводе, в радиоприемниках, телеви­зорах и во многих других приборах и устройствах.

—            Вот теперь, прежде чем заняться установкой электрического звонка,— сказал вожатый,— посмот­рим, как он устроен. Вот вам звонок, разберите его и давайте вместе рассмотрим его основные детали. Вы видите, внутри звонка находится сердечник, на­бранный из тонких стальных пластин. Такой сердеч­ник называют Ш-образным, потому что его основные пластины похожи на букву «Ш». У нашего сердечника средняя палочка буквы «Ш» немного укорочена по сравнению с остальными. На боковых палочках бук­вы «Ш» надеты две катушки с обмотками. Одна из них (первичная) предназначена для подключения к сети, а другая (вторичная)—к кнопке звонка. Сверху буква «Ш» накрыта перекладиной, собранной из прямоугольных стальных пластинок. Концы этого пакета плотно прилегают к боковым палочкам основ­ного Ш-образного сердечника. Между средней палоч­кой и перекладиной имеется воздушный зазор. Сбоку средней палочки расположена стальная пружинка, несколько перекрывающая воздушный зазор. К ней прикреплен молоточек. В нижнюю чашку корпуса звонка ввинчивается регулировочный винт, при помо­щи которого можно изменять положение пружинки и приближать или удалять молоточек от чашки звон­ка. Первичную обмотку подсоединяют к сети. При этом через нее проходит переменный ток, сердечник намагничивается, и стальная пружинка с молоточком начинает колебаться. Но эти колебания так слабы, что молоточек не достает до чашки. А вот если на­жать на кнопку, подключенную к вторичной обмотке,то пружинка начнет колебаться значительно сильнее. Теперь уже молоточек будет бить по чашке звонка: и мы услышим звон. Сейчас я вам объясню, почему усиливаются колебания пружинки и молоточка звонка при нажатой кнопке,— и вожатый нарисовал схему звонка.— Ток в сетевой обмотке создает в Ш-образном сердечнике магнитные силовые линии. Эти ли­нии проходят главным образом через крайние палоч­ки буквы «Ш» и почти не проходят через среднюю палочку, так как воздушный зазор представляет для них большое сопротивление. При этом и через стальную пружинку магнитные силовые линии почти не проходят и поэтому она колеблется очень слабо.