Генераторы, электродвигатели и трансформаторы
Плененное электричество
Если паровые котлы и механические двигатели к ним сначала были придуманы инженерами и изобретателями, а физики после этого помогли их значительно усовершенствовать, то в области электрических машин все обстояло наоборот.
Здесь открытия ученых — ив первую очередь Фарадея — послужили толчком для изобретательской фантазии инженеров, которые теперь с полным правом могли называть себя электриками и энергетиками…
В технике основными устройствами, использующими явление электромагнитной индукции, являются генераторы электрического тока, электродвигатели и трансформаторы.
Генератор состоит из статора и ротора. Массивный неподвижный статор представляет собой полый стальной цилиндр, на внутренней стенке которого уложено большое число витков металлического провода, ведущего во внешнюю электрическую цепь — к потребителю электроэнергии. Ротор — цилиндр с пазами, большой подвижный электромагнит, установленный внутри статора.
Под действием пара, газа или падающей воды (на гидростанциях) ротор начинает быстро вращаться — ив проводах статора благодаря электромагнитной индукции возникает электрический ток.
В электродвигателях происходит другое превращение: переменный электрический ток, протекая через провода статора, заставляет ротор вращаться. С помощью механических приспособлений движение ротора можно передать ленте траспортера, эскалатору метро, зубчатым и ременным передачам любого станка на современном заводе.
Огромные генераторы и электродвигатели выпускаются сейчас промышленностью многих стран мира. На советских теплоэлектростанциях монтируются генераторы мощностью до 1 миллиона киловатт! Такие генераторы, как правило, вырабатывают низкое электрическое напряжение, которое обязательно повышают, прежде чем передать электроэнергию от расположенных вдалеке электростанций к городам, где ее нетерпеливо ждут промышленные предприятия и жилые дома.
Здесь уже незаменимыми оказываются такие электрические устройства, как трансформаторы, состоящие из сердечника и двух катушек, в которых разное число витков. Если к катушке с большим числом витков подвести переменный электрический ток большого напряжения, то со стороны катушки с малым числом витков можно «снять» больший ток, но значительно меньшее напряжение. Ведь в электрической сети жилой квартиры лучше иметь напряжение, безопасное для жизни… и спиралей электрических лампочек. Тоненькие вольфрамовые спирали легко перегорают при повышенном напряжении. А свет лампочки, как справедливо заметил Владимир Маяковский, для нас столь же важен, как «хороший стих и букварь».
Машинный зал современной электростанции. Электрогенераторы превращают механическое вращение турбин в электрический ток.
Современники Фарадея — английский физик Джоуль и русский ученый Ленц практически одновременно и независимо друг от друга вывели закон, определяющий тепловое действие электрического тока. Количество теплоты, выделяемой проводником с током, гласит закон Джоуля — Ленца, равно произведению квадрата силы тока, времени его протекания и сопротивления проводника. Но ведь переход в тепло означает, что электричество постепенно теряется и при очень длинных проводах может вообще не дойти до места назначения? Конечно, вероятность такого печального исхода тем выше, чем больше сила электрического тока, чем тоньше и протяженнее провода.
Здесь, как мы знаем, выручает трансформатор: повышая напряжение, он уменьшает силу тока, отправляемого в дальний путь…
Скульптор, создавший статую Фарадея, установленную в Королевском институте в Лондоне, изобразил его держащим в руке историческую катушку с навитыми проводами. Маленькая, но очень важная деталь — с этой катушки началась, как мы видим, вся современная электротехника.
