Л. — Да, электромагниты применяются широко. В электрических звонках они используются для того, чтобы заставить вибрировать молоточек, ударяющий по колокольчику.
И в магнитофоне, который сейчас записывает нашу беседу, имеется электромагнит, по которому протекает ток, модулированный звуками наших голосов; его магнитное поле воздействует на тонкий слой порошка окиси железа магнитофонной ленты, который в результате такого воздействия неравномерно намагничивается (рис. 15). Позднее я объясню тебе принцип работы этого аппарата.
Рис. 15. В магнитофоне лента проходит перед полюсами электромагнита, по обмотке которого протекает ток, модулированный записываемыми звуками.
Н. — Одно меня беспокоит. Твой дядюшка сказал мне, что большинство физических явлений обратимы. Ты очень хорошо объяснил, как электрический ток порождает магнитное поле. Но нельзя ли произвести обратный процесс?
Л. — Ты прямо телепат… Я как раз собирался рассказать, как магниты, вернее сказать магнитные поля, порождают электрические токи.
Н. — Я предполагаю, что если проводник находится в магнитном поле, в нем появляется ток.
Л. — Нет, ведь само по себе магнитное поле не является источником энергии и, следовательно, не может порождать энергию. Но если проводник перемещается в магнитном поле, пересекая его силовые линии, то это перемещение, требующее затраты некоторого количества механической энергии, преобразуется в электрическую энергию, если проводник является частью замкнутой цепи. Это явление электромагнитной индукции. А величина наведенного тока зависит от силы магнитного поля и скорости перемещения проводника.
Н. — Следовательно, и в этом случае мы наблюдаем обратное явление. Я предполагаю, что индуктирующее магнитное поле может создаваться как постоянным магнитом, так и электромагнитом. Но используется ли эта индукция на практике для получения электрической энергии?
Л. — Еще как! Все вращающиеся генераторы электричества основаны на использовании явления индукции. Проще всего поместить между полюсами магнита катушку, которая, вращаясь, пересекает магнитные силовые линии (рис. 16). Катушка приводится во вращение с помощью паровой машины, двигателя внутреннего сгорания или с помощью воды, падающей в турбине.
Рис. 16. В витке из проводника, вращаемом в магнитном поле, протекает электрический ток.
Н. — Но это не дает ничего путного. Ведь на половине оборота витки будут пересекать магнитное поле в одном направлении, а на другой половине оборота — в обратном направлении.
Л. — В таком случае наводимый в катушке ток будет переменным. Во время половины оборота он будет идти в одном направлении, а во время другой половины оборота — в обратном направлении. Продолжительность каждого оборота составляет период (Т) тока. Каждый период состоит из двух полупериодов: положительного и отрицательного. А количество периодов в секунду называется частотой переменного тока.
Н. — Я догадываюсь, что ток в осветительной сети, имеющей частоту 50 периодов в секунду, создается подобной машиной.
Л. — Да, Незнайкин. Такая машина называется генератором переменного тока. Без особых усложнений с помощью похожей машины можно получать и постоянный ток. Для этой цели выходное напряжение нужно переключать так, чтобы при переходе от одного полупериода к другому внешняя цепь, питаемая от генератора, всегда получала ток, протекающий в одном и том же направлении.
Н. — Я вновь думаю о принципе обратимости физических явлений. Если вместо того, чтобы вращать катушку, мы будем пропускать через нее переменный электрический ток, то она сама превратится в магнит, полюсы которого каждый полупериод будут меняться. Находясь в постоянном магнитном поле, он, несомненно, начнет вращаться. И таким образом генератор превратится в электрический двигатель.