Содержание  
< назад вперед >

§ 46. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ И ОБРАТНО

На законах электромагнитной индукции и электромагнитных сил основано действие электрических машин — генераторов, преобразующих механическую энергию в электрическую, и двигателей, преобразующих электрическую энергию в механическую.

Обратимся к рис. 95. В магнитном поле между полюсами N и S помещен прямолинейный проводник. Если при помощи внешней механической силы F передвигать этот проводник перпендикулярно магнитным линиям поля, то в нем будет индуктироваться  э. д. с.  Е = Blv.

Если концы проводника замкнуты на внешнее сопротивление, то по цепи потечет ток I, совпадающий по направлению   с   э. д. с.   Е.

Напишем уравнение 2-го закона Кирхгофа для этой цепи:

где    U — напряжение на зажимах, в;

r — сопротивление проводника, ом;

 Ir  — падение напряжения в проводнике, в. Умножая почленно выражение (а) на I, получим

Так как Е = Blv, то

Учитывая, что Blt = F и Fv = Р_мех, имеем

где Рмех = EI — механическая мощность, преобразуемая в электрическую;

Р=UI — электрическая мощность, отдаваемая во внешнюю цепь;

∆Р =I² — потери мощности (в виде тепла) в сопротивлении проводника.

Рассмотрим теперь процесс преобразования электрической энергии в механическую.

Пусть прямолинейный проводник АВ (рис. 96), по которому проходит ток I от источника напряжения, помещен во внешнее магнитное поле,  образованное магнитом N — S.  Если проводник неподвижен, то энергия источника напряжения расходуется исключительно на нагрев проводника:

Затрачиваемая    мощность будет равна

откуда определяем ток в цепи:

Однако известно, что проводник с током, помещенный в магнитное поле, будет испытывать действие силы F со    стороны    поля,    стремящейся перемещать проводник в магнитном поле в направлении, определяемом правилом левой руки.  При своем движении проводник будет пересекать магнитные линии поля и в нем, по закону электромагнитной индукции, возникнет индуктированная э. д. с. Направление этой э. д. с, определенное по правилу правой руки, будет обратным току I. Назовем ее обратной э. д. с. . Eобр Величина Eoбр согласно закону электромагнитной индукции будет равна

По второму закону Кирхгофа, для замкнутой цепи имеем

или

откуда ток в цепи

Сравнивая выражения (а) и (в), видим, что в проводнике, движущемся в магнитном поле при одних и тех же значениях U и т ток будет меньше, чем в неподвижном проводнике.

Умножая почленно выражение (б) на I,  получим

Так как Еобр = Blv, то

Учитывая, что BlI = F и Fv= Рмех, имеем

или

Последнее выражение показывает, что при движении проводника с током в магнитном поле мощность источника напряжения преобразуется в механическую мощность и частично в тепловую. Аналогичный процесс преобразования электрической энергии в механическую происходит в электрических двигателях.

Рассмотренные выше примеры показывают, что электрическая машина обратима, т. е. может работать как генератор и как двигатель.

Содержание  
< назад вперед >