Радио и телевидение?.. Это очень просто!

Л. — Ты верно заметил. Это доказывает, что протекающий по проводнику электрический ток порождает вокруг него магнитное поле, силовые линии которого образуют окружности с проводником в центре.

Н. — А каково направление этих силовых линий?

Л. — Французский ученый Андре-Мари Ампер нашел очень простое средство для определения направления силовых линий в зависимости от направления тока. Если взять штопор и расположить его по направлению движения тока, то движение штопора для ввертывания покажет направление силовых линий магнитного поля.

Соленоид. Электромагнит

Н. — Я предполагаю, что сила магнитного поля зависит от величины порождающего его тока.

Л. — И ты не ошибаешься. Поэтому для увеличения силы магнитного поля без соответствующего повышения отдаваемого нашим элементом тока я расположу параллельно несколько проводников.

Н. — Я совершенно не представляю, как это можно сделать.

Л. — Очень просто, намотав проводник в виде цилиндрической спирали. Полученная катушка называется соленоидом. А магнитные поля (рис. 14), создаваемые каждым из витков, складываются; возникающее суммарное поле имеет такую же форму…

Рис. 14. Магнитное поле, создаваемое током, протекающим по соленоиду.

Н. — …что и поле стержневого магнита. Вот теперь-то я понял, что такое электромагнит. Я видел такой электромагнит у одного приятеля, который забавлялся им, заставляя подпрыгивать в воздух небольшую стальную статуэтку. Для этой цели он намотал катушку на стальной стержень. Каждый раз, когда он пропускал электрический ток, его приспособление притягивало статуэтку.

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.

Рождение электрического тока

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.

Переменный ток или постоянный

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.