Электромагнит и электрогенератор

В начале XIX в. учёные искали способы получения и использования электричества. Благодаря открытию электромагнитной индукции было создано первое устройство, вырабатывающие электрический ток для практического использования — электрический генератор (динамо-машина).

Гальванометры: а. XIX в. б. современный

Магнит от батарейки

В 1820 г. датский физик Ханс Эрстед заметил, что электрический ток отклоняет магнитную стрелку лежащего рядом компаса. Он сделал вывод, что существует связь между электричеством и магнитными явлениями, с которыми люди были знакомы благодаря компасу. В 1830-х гг. французский физик Анри Ампер открыл, что проводник с электрическим током создает вокруг себя магнитное поле, направленное перпендикулярно движению тока.

Электромагнит

Английский инженер Уильям Стёрджен, смотав проволоку-проводник в катушку — соленоид, обнаружил, что магнитное поле, созданное током, проходящим по виткам, увеличивается пропорционально увеличению числа витков в катушке. Так Стёрджен создал первый электромагнит, пропустив электрический ток от гальванического элемента (батареи) через многовитковый соленоид. Мощность магнитного поля увеличили, вставив в соленоид сердечник из быстроразмагничивающегося сплава. Сердечник, намагничиваясь от проволоки, прибавлял своё магнитное поле к общему полю электромагнита. Чем крупнее сердечник, больше витков проволоки или сильнее ток, тем мощнее электромагнит. Электромагнит, в отличие от постоянного магнита, при отключении тока тут же размагничивается.

Возникновение магнитного поля вокруг проводника с током. 1. Электрон вращением создаёт вокруг себя миниатюрное электрическое поле. 2. При хаотичном движении электронов их магнетизм взаимно уничтожается, и магнитное поле вокруг тела не образуется. 3. При возникновении тока свободные электроны начинают двигаться в одном направлении, и направления их магнитных полей тоже становятся одинаковыми. Магнетизм электронов суммируется, образуя вокруг проводника магнитное поле. чч

Подъём груза электромагнитом

Обратный эффект

Открытие электромагнита заставило задуматься: возможно ли обратное действие — получение электрического тока с помощью магнита? Английский физик Майкл Фарадей воздействием изменения магнитного поля (движением магнита относительно проводника) создал в проводнике (соленоиде) электрический ток и открыл явление электромагнитной индукции. Первым устройством, вырабатывающим (генерирующим) электрический ток, стал диск Фарадея — прототип электрогенератора.

Майкл Фарадей

Динамо-машина

Для практического применения нужен был электрический ток высокого напряжения, вырабатываемый в длинном проводнике, смотанном в соленоид. Первый генератор тока высокого напряжения — динамо-машину (от греч. «динамо» — сила) — сделал в 1832 г. французский механик Ипполит Пикси. Магнитное поле создавал (индуцировал) постоянный магнит — индуктор, вращавшийся вблизи неподвижных соленоидов на сердечнике.

Динамо-машина Пикси

Электроны в соленоиде приходили в движение под воздействием движущегося магнита, полюса которого постоянно менялись местами, меняя и направление тока в витках соленоида, и в них вырабатывался переменный ток. В коммутаторе этот ток преобразовывался в постоянный. Вращающаяся часть электрогенератора называется ротором (от лат. roto — вращаю), а неподвижная — статором (от лат. sto — стою). Первые промышленные динамо-машины приводились в движение паровыми машинами.

Развитие идеи

Практическое применение электрогенераторы получили с появлением приборов, работающих от электрического тока: телеграфов, двигателей, лампочек. Сейчас электричество вырабатывают мощные генераторы гидро-, тепловых и атомных электростанций.

В 1851 г. для увеличения мощности генераторов был применён электромагнит, создающий более сильное магнитное поле.