Фейнман - 06. Электродинамика (1055669), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Продолжая так действовать, мы получаем последовательность полей, изображенных па остальных частях нашего рисунка. Если процесс проводить плавно, то получится «вращающееся» магнитное поле. Подсоединив катушки к сети трехфазного тока (а она дает именно такую последовательность токов), мы легко получим требуемую последовательность токов. «Трехфазный токе создается генератором, использующим принцип фиг. 16Л, за тем исключением, что на оси симметрично укрепляются три рамки, т. е. кавкдая под углом 120' к соседней.
Когда рамки вращаются как единое целое, з. д. с. максимальна в одной рамке, затем в другой и т. д. в правильной последовательности. Трехфазный ток имеет много практических преимуществ. Одно из них заключается в возможности получить вращающееся магнитное поле. Момент, действующий на проводник со стороны такого вращающегося поля, легко обнаруживается на металлическом кольце, поставленном на изолирующей подставке прямо над тором (фиг. 16Л4). Вращающееся поле вызывает вращение кольца вокруг вертикальной оси. Здесь видны те же основные 6 6 6 а б Б 5 6 6 6 г д е св и г.
16.16. Согдгниг гращаюи ггося магнитного ноля, элементы, которые имеготся в больших промышлекяых трехфазкых индукционных моторах. Другой тип индукционного мотора покааан ва фиг. г6Л5. Это устройство непригодно для практических высокоэффективвых моторов, яо иллюстрирует осиовпой принцип. Электромагиит М, состоящий из пачки прокатаняых железных листов, иа которую павита спиральная обмотка, питается от генератора переменного тока.
Магнит создает переменный поток поля В сквозь алюминиевый диск. Если имеются только эти две компоценты <сы. фиг. 16Л5, а), у нас еще яет мотора. В диске имеются вихревые токи, ко они симметричны и момента ие возиикает. (Диск будет немного нагреваться за счет токов индукции.) Ф и г. 66.16. С помощью гращающггося ноля (Яиг. 16.16) моясно нридать кольцу иг щюгодника гращающиа момгкт. у отасско герелткк гтко М сстогко се»окат ого така Фи г. 16.1д, Простой нример индукционного мотора с еатенснним полюсом. Если теперь мы закроем только одну половину магнитного полюса алюминиевой пластинкой (фиг.
$6.»5, б), то диск начнет вращаться и мы получим мотор. Действие его связано с двумя аффектами вихревых токов. Во-первых, вихревые токи в алюминиевой пластинке препятствуют изменению потока сквозь нее, поэтому магнитное поле над пластинкой всегда отстает от поля над непокрытой частью полюса. Этот так называемый эффект «затененного полюса» создает поле, которое в «затененной» области меняется совсем так же, как и в «незатененной», за исключением постоянного запаздывания во времени, Эффект в целом такой, как будто имеется вдвое более узкий магнит, постоянно передвигающийся из незатененной области в затененную, Во-вторых, меняющиеся поля взаимодействуют с вих е- Р выми токами диска, создавая в нем момент силы. Э 4. Элем»проипехн««««а Когда Фарадей впервые опубликовал свое замечательное открытие о том, что изменение магнитного потока создает э.
д. с., его спросили (как спрашивают, впрочем, всякого, кто открывает какие-то новые явления): «Какая от этого польза?» Ведь все, что он обнаруясил, было очень странным — в проводе возникал крошечный ток, когда он двигал провод возле магнита. Какая все может быть от этого «польза»? Фарадей ответил: «Какая может быть польза от новорожденного?» А теперь вспомните о тех громадных практических применениях, к которым привело его открытие.
Все, что мы описывали,— отнюдь не игрушки; это примеры, выбранные по большей части так, чтобы представить принцип той или иной практической машины. Например, вращающееся кольцо во вращающемся поле — индукционный мотор. Существует конечно и звестная разница между кольцом и практически используемым индукционным мотором. У кольца момент очень мал; протяните руку и вы можете остановить его.
В хорошем моторе детали доля«ны быть лучше пригнаны: магнитное поле не должно так щедро «растрачиваться» в воздухе. Во-первых, с помощью железа поле концентрируется. а1ы не говорили о том, как это делает железо, но оно способно увеличитьмагкитное поле в десятки и тысячи раз по сравнению с полем одной медной катушки. Во-вторых, зазоры между частями железа делаются небольшими; с атой целью железо даже встраивается внутрь вращающегося кольца. Словом, все направлено на то, чтобы получить наиболыпие силы и максимальную эффективность, т. е.
превратить электрическую мощность в механическую, и такое «кольцо» уже нельзя будет удержать рукой. Задача уменьшения зазоров и установление самого практичного режима работы есть дело инженерной науки. Она требует серьезного изучения проблем конструирования, хотя никаких новых принципов получения силы не существует. Но от основных принципов до практического и экономичного проектирования — долгий путь. И именно тщательная инженерно-конструкторская работа сделала возможным такую грандиозную вещь, как гидростанция Боулдер Дэм и все, что с кой связано. Что такое Боулдер Дему Огромная река, перегороженная бетонной стеной. Но что это за стена! Изогнутая в виде идеально плавной кривой, тщательно рассчитанная таъ., чтобы как можно меншпе бетона сдерживало напор реки.
Стена утолщается книзу, образуя чудесную форму, которой любуются художники, но которую способны оценить только инженеры, потому что опн понимают, насколько зто хорошо. Они знают, чтоутолщение определяется тем, как растет давление воды на глубине. Но мы отвлеклись от электричества. Затем вода реки забирается в огромную трубу. Уже само по себе это замечательное инженерное сооружение. По трубе вода передается к «водяному колесу» — огромной турбине — и заставляет колесо вращаться. (Еще одно достижение техники.) Но зачем крутят колеса? Они присоединены к невероятно запутанной мешанине из железа и меди (там все перекручено и переплетено), Все сооружение состоит из двух частей — одна крутится, а другая — стоит.
Все это сложное сооружение сделано из немногих материалов, главным образом из железа и меди, а также из бумаги и шеллака, служащих изоляцией. Вращающееся чудовище. Генератор. Откуда-то из этого месива я<елеза и меди вылезает несколько медных концов. Плотина, турбина, железо, медь — все собрано вместе для того, чтобы на этих медных полосках появилось нечто особенное— э. д. с. Затем медные полосы проходят неболыпой путь и закручиваются несколько раз вокруг другого куска железа, образуя трансформатор; на этом их работа кончается. Но вокруг этого же куска железа обвивается еще один медный кабель, который не соединяется непосредственно с полосами, пришедшими от генератора; ок проходит поблизости от полос и забирает их э.
д. с. Трансформатор превращает энергию, которая имела сравнительно низкое напряжение, необходимое для эффективной работы генератора, в очень высокое напряжение, которое лучше всего подходит для экономичной передачи электроэнергии по длинным кабелям. И все должно быть исключительно аффективным — не может быть ничего лишнего, никаких потерь. Почему? Через все зтя устройства протекает вся алектрическая энергия, которая используется в стране.
Если пропадет всего один или два процента энергии — подумайте, как много это составит. Если в трансформаторе остается только один процент энергии, то она должна куда-то деваться. Если бы, например, она выделялась в виде тепла †в устройство расплавилось бы. Из Боулдер Дэм выходит во всех направлениях несколько дюжин медных стержней — длинных, очень длинных стержней толщиной, пожалуй, с вашу руку и длиной в сотни миль. Узкие медные дороги, несущие энергию гигантской реки. Затем эти дороги разветвляются... трансформаторов становится еще больше... иногда они подходят к большим генераторам, переводящим ток в другие формы... иногда к машинам, выполняющим важные промышленные работы... к новым трансформаторам... Затем все новые и новые разветвления и ответвления...
пока, наконец, река не распределится по всему городу; она крутит моторы, создает тепло, свет, изготовляет приборы. Чудо рождения горячего огня из холодной воды на расстоянии более 600 миль — и все это благодаря особым образом собранным кусочкам железа и меди. Большие моторы для проката стали н крошечные моторчики для бормашины. Тысячи маленьких нолесиков, крутящихся под действием большого колеса в Боулдер Дэм. Остановите большое колесо, и все остальные колесики замрут; огни потухнут. Но этого мало.
Те же явления, которые помогают взять грандиозную мощь реки и распределить ее по всей округе, пока в конце концов несколько капель реки закрутят бормашину, снова приходят на помощь при создании исключительно тонких приборов...' для определения неуловимо слабых токов... для передачи голосов, музыки и изображений... для вычислительных машин... для автоматических машин фантастической точности.
Все это возможно потому, что тщательно продумано устройство из меди и железа — эффективно созданы магнитные поля... железные блоки диаметром в 2 метра, вращающиеся с зазором в 2 миллиметра... рассчитаны правильно пропорции меди, чтобы получить оптимальную эффективность... выдуманы странные формы, которые все служат своим целям, так же как форма плотины. Если археолог будущего когда-нибудь раскопает Боулдер Дэм, он, вероятно, восхитится красотой ее линий.
А исследова- тель — гражданин какой-то великой цивилизации Будущего, посмотрев на генераторы и трансформаторы, скажет: «Заметьте, как красивы формы каждой железной детали. Подумайте, сколько мысли вложено в каждый кусочек меди». Здесь проявляется сочетание могущества техники и тщательного расчета. В генераторе осуществляется то, что нигде более в природе не встречается. Правда, силы индукции появляются и в других случаях. Несомненно, где-то вокруг Солнца и звезд действуют эффекты электромагнитной индукции. Возможно (хотя и не наверное), что магнитное поле Земли поддерживается каким-то гигантским аналогом электрического генератора, который работает на токах, циркулирующих в недрах Земли.
Но нигде нет такого сочетания движущихся частей, которые могли бы порождать электрическую энергию, как зто делается в генераторе,— непрерывно и очень экономично. Вы, возков<по, думаете, что конструирование электрических генераторов уже не представляет интереса, что зто уже мертвая паука, ведь все они давно созданы. Почти совершеннные генераторы или моторы можно взять просто с полки. По даже если бы зто было и так, нужно восхищаться чудесной законченностью решения проблемы. Однако осталось немало и нерешенных задач.
И даже генераторы и моторы становятся снова проблемой. Возможно, что скоро для решения проблемы распределения злектрической энергии понадобится испольэовать всю область низких температур и сверхпроводников. Будут созданы новые оптимальные установки с учетом радикально новых факторов.
Возможно, знергетические сети будущего будут мало похон<и па сегодняшние. Итак, вы видите, что при изучении законов индукции можно заняться бесчислепшам множеством приложений и проблем. Конструирование злектрических машин само по себе может стать задачей всей жизни. Мы не будем слишком углубляться в этот вопрос, но мы должны осознать то, что открытие закона индукции неожиданно связало теорию с огромным числом практических применений. Область зта принадлежит инженерам и тем ученым прикладной науки, которые занимаются детальной разработкой различных приложений. Физика дает им лишь основу — основные законы, не зависящие от того, к чему они применяются.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
