И обратно

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ

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

Дата добавления: 2014-01-07