Физика > Электрогенераторы
Изучите схему и принцип работы электрогенератора – трансформация механической энергии в кинетическую: формула индуцирования электродвижущей силы, турбина.
Электрогенераторы отвечают за трансформацию механической энергии в электрическую. Катушка в магнитном поле вращается, индуцируя ЭДС.
Задача обучения
- Разобраться в том, как электрогенераторы индуцируют ЭДС.
Основные пункты
- Электрогенератор в магнитном поле вращает катушку, индуцируя ЭДС, заданную по формуле: ε = NABw sinωt.
- Практически вся мощность для электрических сетей поступает от генераторов.
- Двигатель вращается, если это делает и его вал.
Термины
- Электродвижущая сила (ЭДС) – созданное батареей или магнитной силой напряжение, соответствующее закону Фарадея.
- Турбина – любая из вращающихся машин, использующих кинетическую энергию непрерывного потока жидкости, чтобы активировать вал.
Электрогенератор – устройство для трансформации механической энергии в электрическую. Ему удается индуцировать ЭДС, когда катушка в магнитном поле совершает обороты. Как проходит работа электрогенератора? Генератор заставляет электрический заряд двигаться сквозь внешнюю электрическую цепь. Среди возможных источников механической энергии можно назвать паровой двигатель, воду в турбине или водяном колесе, двигатель внутреннего сгорания, сжатый воздух и т.д. Генератор – главный источник мощности для электрических сетей.
Современный генератор паровой турбины
Главная конструкция
Магнитная сила влияет на заряды в проводах, так как они перемещаются в магнитном поле. При вертикальных проводах заряды усиливаются параллельно проводнику, что вызывает ток. В верхнем и нижнем сегментах все же ощущается сила, перпендикулярная проволоке (не создает ток). В итоге, исследование боковых проводов поможет отыскать индуцированную ЭДС.
Движимая ЭДС = Bℓv, где скорость перпендикулярна магнитному полю. Здесь скорость расположена под углом θ к B, так что ее составляющая, перпендикулярная B и равна vsinθ. Ниже представлена схема электрогенератора.
Генератор с прямоугольной катушкой, совершающей обороты со стабильной угловой скоростью в условиях однородного магнитного поля. Заметьте, что генератор напоминает двигатель, только вал вращается, чтобы создать ток, а не наоборот
Если ЭДС индуцирована с каждой стороны, то ЭДС = Bℓvsinθ и обладают единой направленностью. Для общего ЭДС:
ε = 2Blvsinθ.
Эта формула подходит, но она не помогает взглянуть на ЭДС, как на временную функцию. Предположим, катушка совершает обороты со стабильной угловой скоростью ω. Угол θ связан с угловой скоростью как θ = ωt, поэтому:
ε = 2Blvsinωt.
Теперь линейная скорость v объединена с угловой как v = rω. Здесь r = w/2, так что v = (w/2)ω и:
ε = 2Bl ω/2 ωsinωt = (lω) Bωsinωt.
Отмечая, что область цикла равна A = ℓw и допускает N петель, находим:
Ε = NABw sinωt – ЭДС, индуцированная в катушке генератора. Не забывайте, что при вращении вала двигатель начинает функционировать как генератор.