Как люди дошли до электрического двигателя.

Давно было известно, что куски одной железной руды, так называемого магнитного железняка, притягивают к

себе железо. Это свойство назвали магнетизмом. Если потереть таким куском стальной стержень, то и он становится магнитом, т.-е. начинает притягивать к себе железные предметы. Намагниченными стальными стрелками уже несколько сот лет тому назад стали пользоваться для устройства компаса — прибора, применяемого для определения направления. Такая стрелка обладает свойством всегда поворачиваться одним концом на север, другим на юг.

В 1820 году датский ученый, физик, но имени Эрштедт, случайно на лекции заметил, что электрический ток отклонял в сторону находившуюся вблизи магнитную стрелку. Это наблюдение заинтересовало его и он начал изучать действие электричества на магнитную стрелку. Изучали это и другие ученые. И вот оказалось, что не только ток действует на магнит, но и магнит действует на ток: неподвижный сильный магнит отклоняет подвижную проволочную спираль, по которой идет ток.

Мало того. Если вокруг железного стержня обмотать спиралью проволоку и пропустить по ней электрический ток, то стержень становится магнитом, пока по проволоке идет ток. Такой прибор получил название электромагнита.

На рисунке 30 изображен приборчик, с помощью которого легко можно видеть действие электромагнита. Вокруг изогнутого железного стержня намотано витками несколько слоев проволоки (QP) но которой можно пропускать электрический ток. Под электромагнитом находится чашка с гирями, прикрепленная к железной пластинке bа. Когда по обмотке электромагнита пропускают ток, то стержень намагничивается, притягивает к себе пластинку bа, а вместе с ней и чашку с гирями. Пока по обмотке идет ток, электромагнит удерживает чашку на весу, несмотря на положенные на нее тяжелые гири. Как только ток прекратится, гири отрывают чашку и она падает, — электромагнит уже не в силах удержать ее.

Электромагниты различного устройства получили в технике самое широкое применение. Ими пользуются, например, в подъемных кранах для поднимания тяжелых железных, стальных или чугунных предметов, для закрепления стальных предметов при шлифовке, для временного электромагнитного сцепления работающих валов и т. п. Электромагнит найдете вы в электрическом звонке, телефоне, телеграфном аппарате…

Рассмотрим для примера, как действует он в электрическом звонке, изображенном на рисунке 31.

Электромагнит расположен внутри звонка. Электрический ток идет через проволоку т в обмотки электромагнита, оттуда в пружинку, к которой прикреплен железный стержень а с шариком Р. Через этот стержень ток идет в пружинку с и уходит дальше по проволоке. Как только через электромагнит пойдет ток, он сейчас же намагнитится и притянет к себе стержень а. Прикрепленный к последнему молоточек Р ударит в чашку звонка Т. Но при этом стержень отойдет от пружинки с,— значит, прервется проход для тока, и ток поэтому прекратится.

Как только прекратится ток, электромагнит "размагнитится", т.-е. перестанет притягивать к себе стержень а, который оттянется к пружинке с. Коснувшись пружинки, стержень снова замкнет ток, — электромагнит

намагнитится, притянет стержень, молоточек ударит в чашку, — и так далее. Звонок будет непрерывно звонить, пока через него пропускают ток.

Электромагнит очень удобен в обращении. Простым замыканием и размыканием тока мы можем управлять им по своему желанию, находясь от него на любом расстоянии. Он гораздо сильнее простого стального магнита. Но особенно широкое техническое применение получил он благодаря работам упоминавшегося уже в этой книжке ученого физика — Михаила Фарадея.

В то время уже хорошо знали, что если к заряженному электричеством предмету поднести другой предмет, то в последнем тоже появляется электричество через "влияние" первого предмета. Знали также, как мы видели, что электричество вызывает в железе магнитные свойства. Фарадей и думал, нельзя ли, наоборот, с помощью магнетизма получить электричество. Он располагал проволку, концы которой были соединены с чувствительным к току прибором,— гальваноскопом, вблизи сильного магнита. Сколько, однако, ни бился Фарадей, никакого постоянного тока в проволоке ему таким способом обнаружить не удалось. Но зато ему удалось заметить другое очень важное обстоятельство.

Постоянного тока в проволоке не было. Но в тот момент, когда Фарадей двигал сильный магнит внутри проволочной спирали, в проволоке появлялся ток. Шел этот ток только во время движения магнита. То же самое получалось, если около неподвижного магнита двигалась проволока, концы которой были соединены с гальваноскопом.

Удалось Фарадею получить такие токи, когда он, вместо магнита, брал вторую проволоку, по которой шел ток. В то время когда он замыкал или размыкал ток во второй проволоке, в расположенной вблизи первой на короткое время появлялся ток.

Это были те самые опыты, которые Фарадей показывал министру и из которых развилась вся современная электротехника. Опыты Фарадея послужили исходным пунктом дли развития современного электродвигателя. Но, конечно, они нашли себе практическое применение не сразу. Понадобились труды многих ученых физиков и техников для того, чтобы электродвигатель мог появиться.

Современная динамомашина (так называется машина, вырабатывающая электрический ток) состоит из следующих главных частей (рис. 32):

1) электромагнита М, вокруг которого намотана проволока. Когда по этой проволоке идет ток, то электромагнит намагничивается;

2) якоря Л, состоящего из большого числа катушек изолированной (т.-е. покрытой не пропускающей электричества обмоткой) медной проволоки, которые надеты на железное кольцо. Кольцо помещается между концами (полюсами) электромагнита;

3) коллектора K, состоящего из ряда изолированных друг от друга медных пластинок. К этим пластинкам присоединяются свободные концы проволок от катушек якоря. Коллектор и якорь сидят на общем валу;

4) щеток, которые при вращении коллектора скользят по нему. Щетки делаются из металлических или угольных

пластинок, закрепленных в общей оправе, и соединяются с отходящими от динамомашины проводами.

Как же действует такая динамомашина?

Ее якорь приводится в быстрое вращение с помощью передачи от паровой машины, водяной турбины или какого-либо другого двигателя. Электромагнит устроен так, что в это время он сильно намагничивается. Так как катушки якоря быстро двигаются между его полюсами,

то в проволоке катушек возбуждается сильный электрический ток. Он идет из катушек в пластинки коллектора, из них — в скользящие щетки, а из щеток — во внешние провода. Таким образом, пока якорь вращается, во внешних проводах (если они, конечно, не разомкнуты) все время идет ток.

Динамомашины бывают разного устройства и служат для различных целей. Но мы не будем здесь останавливаться на подробностях, а перейдем к собственно электродвигателю, т.-е. машине, превращающей электрическую энергию в энергию движения.

В 1807 году в городе Париже, столице Франции, устраивалась всемирная выставка. Устанавливались на ней, между прочим, и изобретенные незадолго до этого динамомашины. Когда одну из них соединили с передаточным валом от паровой машины и она начала работать, вдруг завертелся якорь и одной из остальных динамомашин, которые с передаточным валом соединены еще не были. И эту вторую машину никак нельзя было ни остановить, ни затормозить, пока работала первая. Удивленные монтеры начали расследовать это обстоятельство и выяснили в конце концов следующее.

Провода, шедшие от первой машины, случайно оказались соединенными с проводами второй машины. Когда передаточный вал завертел якорь первой машины, то вырабатывавшийся в ней электрический ток пошел в обмотки якоря второй машины. Якорь второй машины благодаря этому тоже завертелся. К ее валу можно было присоединить передаточный ремень и с помощью последнего привести в движение любую машину.

Таким образом была открыта возможность превращения динамомашины в электродвигатель. Современные электродвигатели устраиваются несколько иначе, чем динамомашины, но, в сущности говоря, электродвигатель — это та же динамомашина, только действующая как раз наоборот:

динамомашина превращает энергию движения в электрическую, а электродвигатель превращает электрическую энергию в энергию движения.