Двигатели бывают самые разные, разные по устройству, по режиму работы, потребляемой электрической мощности, разные по характеру питающего их тока (к некоторым двигателям нужно подводить неизменное напряжение, к другим — обязательно меняющееся). Но во всех этих двигателях используется один и тот же принцип: по проводнику пропускают ток, магнитные силы внешнего магнита (или электромагнита) начинают двигать этот проводник, взаимодействуя с его собственным магнитным полем (Р-36).
Р-36
Сила этого взаимодействия, а значит, и работоспособность двигателя зависит от тока в его рабочих движущихся обмотках и от индукции внешнего магнитного поля: чем больше этот ток и чем больше индукция внешнего поля, тем мощнее двигатель. Поэтому, между прочим, в двигателях так много стальных деталей: они уменьшают магнитное сопротивление тех магнитных цепей, по которым замыкаются поля, при этом усиливается магнитный поток и, следовательно, индукция (Р-36;3).
На принципиальных схемах двигатель имеет свое обозначение. Для простоты его часто можно рассматривать как резистор и пользоваться всеми известными формулами, чтобы подсчитать ток в двигателе, его сопротивление, напряжение на зажимах или потребляемую двигателем мощность (Р-36;4).
Т-56. В проводнике, который движется в магнитном поле, индуцируется (наводится) электродвижущая сила. Долгие годы электричество и магнетизм были известны как совершенно разные, независимые явления. И только в 1820 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что электрический ток действует на стрелку компаса и что, следовательно, магнетизм может появиться из электричества. После этого открытия естественно было предположить, что можно осуществить и обратное преобразование: из магнетизма получить электричество — ведь получают же из воды лед, а из льда воду. И электричество из магнетизма действительно было получено, но не сразу, а только через двадцать два года после открытия Эрстеда. Все эти годы ушли на выяснение одной, как теперь кажется, очень простой истины.
Электричество из магнетизма впервые получил замечательный английский физик Майкл Фарадей. Он самыми разными способами пытался расположить проводник возле магнита, полагая, что для получения тока нужно лишь придать проводнику удачную форму и найти ему удачное место в магнитном поле. И только спустя много лет Фарадей обнаружил, может быть даже случайно, что для получения тока в проводнике, кроме этого проводника и магнита, нужно еще одно обязательное слагаемое — движение. Электродвижущая сила на концах проводника, а при замкнутой цепи и ток в нем, появляется, если проводник определенным образом двигать в магнитном поле (Р-37;1). Это явление называется электромагнитной индукцией, или в переводе — электромагнитным наведением.
Р-37
Появление индуцированной (наведенной) э.д.с. в самом упрощенном виде можно объяснить так: каждый свободный электрон обладает магнитными свойствами, по-видимому, за счет каких-то внутренних сложных движений его электрического заряда. Если поместить проводник во внешнее магнитное поле, то оно схватит (Т-8) свободные электроны проводника, взаимодействуя с ними, как с микроскопическими магнитиками. А если теперь двинуть проводник, то электроны как бы останутся на месте, удерживаемые внешним полем, и проводник сместится относительно этих свободных электронов. В итоге на одном конце проводника концентрация электронов увеличится, на другом — уменьшится. То есть на концах проводника появится скопление разноименных зарядов, а значит, электродвижущая сила. Если же остановить проводник, то электроны постепенно вернутся в свои старые районы и вновь равномерно распределятся в проводнике. При этом, разумеется, э.д.с. на его концах исчезнет. Еще раз отметим: это очень упрощенное объяснение, скорее даже намек на объяснение, чем истинная картина.
Величина наведенной э.д.с. Е зависит от длины проводника I, от индукции внешнего магнитного поля В и еще, конечно, от скорости движения проводника и: чем быстрее он движется, тем больше наведенная электродвижущая сила (Р-37;3).
Т-57. Различные способы наведения э.д.с. — индукция, взаимоиндукция, самоиндукция. Для того чтобы в проводнике навелась э.д.с., можно двигать его в магнитном поле или, что то же самое, магнитное поле двигать относительно проводника. А можно еще поступить так: расположить рядом два проводника и в одном из них менять величину тока, например включив в цепь переменное сопротивление (Р-37;4). Раз в первом проводнике меняется ток, то, значит, меняется и его магнитное поле. А оно, это меняющееся поле, охватывает второй проводник и наводит в нем э.д.с. точно так же, как это делало магнитное поле движущегося магнита. Такой способ наведения э.д.с. называется взаимоиндукцией.