ВК-116. Мы уже обратили внимание на то, что многие процессы зависят от скорости изменения какой-либо величины. Настало время посмотреть, как меняется скорость изменения синусоиды, — от скорости, как мы увидим, тоже многое зависит. Простейшие рассуждения и точный математический анализ показывают, что скорость изменения синусоиды это тоже синусоида, но опережающая основную зависимость на 90 градусов, — положительная амплитуда скорости появляется на 1/4 периода раньше.
Магнитные поля заставляют его двигаться, и при этом второй магнит поднимает, перевозит, проталкивает, протягивает, сжимает, передвигает, вращает, коротко говоря, выполняет механическую работу. Правда, подавляющее большинство этих электрическо-магнитных работников выполняют только одно из всех перечисленных действий — они создают крутящий момент на своей главной оси, быстро и с большой силой заставляют её вращаться. Имя этих исполнительных и неутомимых тружеников хорошо всем знакомо — это электрические двигатели, или, иначе, электрические моторы, что, по сути дела, одно и то же, так как «мотор» в переводе с латыни как раз и означает «создающий движение, двигатель». Ну а то, что электродвигатель создаёт лишь вращательное движение, не умаляет его достоинств. Во-первых, именно это и нужно для большинства наших машин-помощников — электропоездов, пылесосов, видеомагнитофонов, токарных станков и многих других. Ну и, во-вторых, механика умеет превращать вращательное движение в любое другое.
Даже представить себе трудно, что лабораторный опыт, который можно считать началом истории электродвигателей, был проведён примерно 200 лет назад, а первые настоящие, работающие моторы появились еще лет через 50. Электродвигатели, как, впрочем, почти вся техника нашего века, прогрессировали лавинообразно, причём и качественно, и количественно. Сегодня их наверняка тысячи разновидностей, а общее количество — миллиарды. Только в своём доме вы насчитаете не меньше десятка электромоторов: в компрессоре холодильника, вентиляторе, магнитофоне, в нескольких электронных часах, пылесосе, микроволновке, в компьютере и принтере. А ведь есть ещё трамваи, лифты, электродрели, самолёты, подъёмные краны, пожарные насосы, аппараты «искусственное сердце — лёгкие», стартеры и стеклоочистители в автомобилях — всего не перечислишь. И всё это началось с простейшего опыта, который, возможно, не специально был задуман, а получился случайно.
ВК-117. Ещё один термин — «фаза», к которому вы быстро привыкнете. Это время появления определённого напряжения или тока. Например, положительной амплитуде э.д.с., наведённой в проводнике, соответствует фаза (момент) 90 градусов, а отрицательной амплитуде (наибольший ток противоположного направления) соответствует фаза (момент) 270 градусов. Термин «фаза» окажется очень удобным, когда в одной цепи появятся два тока и нужно будет найти разницу времени их появления — сдвиг фаз.
Датский профессор Ганс Христиан Эрстед демонстрировал своим студентам, как электрический ток нагревает проволоку. При этом обнаружилось, что с появлением тока в цепи один из соединительных проводов, проходивший рядом с оказавшимся на столе морским компасом, отклоняет его стрелку. Это означало то, что вокруг проводника с током возникает магнитное поле.
В дальнейшем исследователи в разных странах детально изучили поведение проводника с током в магнитном поле. Всё свелось к взаимодействию двух магнитов, в результате чего один из них — проводник с током — при определённых условиях (достаточно сильное внешнее поле, достаточно сильный ток в проводнике) начинал двигаться. Это движение и есть именно то, что требуется в двигателе: если бы к проводнику с током привязать какой-нибудь груз, то проводник вполне мог бы потащить его за собой. А энергия на эту работу шла бы от батареи, которая создаёт ток в проводнике и таким образом превращает его в электромагнит.
Кстати, в реальном двигателе работает не единичный проводник с током, а целая проводниковая система, по которой идёт ток, называется она обмоткой. Да и внешнее поле чаще всего создаётся не постоянным магнитом, а электромагнитами, имеющими свои собственные обмотки. Поскольку в реальном двигателе происходит вращательное движение работающей, то есть двигающейся, обмотки, то весь узел, где находится эта обмотка, называется ротором, от латинского слова «ротаре» — «вращать». А вся неподвижная система с электромагнитом и стальным магнитопроводом называется статором, от латинского «статос» — «стоящий».