Отсоединим электромотор от аккумулятора и подведём провода, идущие от него, к патрону электрической лампочки. На шкив намотаем нить, к концу которой привязана гиря (рис. 23).

Устройство простейшего генератора

Рис. 23. Модель генератора

Отпустим гирю. Под действием силы тяжести гиря опускается и, разматывая нить, вращает вал вместе с ротором электромотора. Лампочка вспыхивает. Электромотор превратился в генератор. Он преобразует механическую энергию (потенциальную энергию гири) в электрическую.

Этот опыт демонстрирует замечательную обратимость электродвигателя и генератора. Один и тот же механизм может служить и для преобразования электрической энергии в механическую и для превращения механической энергии в электрическую.

Как действует электродвигатель, какие силы вращают ротор — мы уже знаем. А как действует генератор, почему возникает в обмотке ротора электрический ток?

Действие генератора электрического тока основано на явлении так называемой электромагнитной индукции. Это явление состоит в том, что в проводе, движущемся в неоднородном магнитном поле, возникает электрическое поле.

На рисунке 24 мы видим катушку, присоединённую к амперметру. Возле катушки находится магнит. Пока магнит неподвижен, амперметр показывает, что в цепи нет тока. Тока не будет и в том случае, если поместить магнит внутрь катушки.

Как работает индукция

Рис. 24 .Опыты с электромагнитной индукцией

Будем теперь быстро вдвигать магнит в катушку и выдвигать его обратно. Отклонение стрелки амперметра немедленно покажет нам, что в катушке возникает при этом электрический ток. Но мы знаем, что электрический ток, то есть упорядоченное движение зарядов, может возникнуть только под действием электрического поля.

Проведённый опыт показывает, что при перемещении магнита вблизи катушки и в ней возникает электрическое поле.

Продумаем результаты проведённых опытов. В том случае, когда проводник находится вне магнитного поля или же в постоянном магнитном поле, в нём электрическое поле не возникает. Если же поместить проводник в изменяющееся магнитное поле, то это изменяющееся магнитное поле, создаст в проводнике электрическое поле.

В опыте, изображённом на рисунке 24, переменное магнитное поле в катушке создавалось с помощью перемещения магнита. Можно поступить и иначе — закрепить магнит и двигать относительно него катушку. Результат будет тот же, что и в предыдущем опыте. Электромагнитная индукция возникает независимо от того, перемещается ли магнит вблизи неподвижного провода, или же движется провод в магнитном поле неподвижных магнитов.

Когда мы вращаем ротор в магнитном поле статора, в обмотке ротора возникает электрическое поле. Это электрическое поле вызывает упорядоченное движение электронов — электрический ток.

То же самое произойдёт, если магниты расположить на роторе, а обмотку — на статоре. Вследствие движения магнитов появится электрическое поле в неподвижной обмотке статора. На концах обмотки будет создаваться напряжение. В цепи, присоединённой к этой обмотке, возникнет электрический ток.

Внешний вид гидрогенератора

Рис. 25. Мощный гидрогенератор

Та часть генератора, где находятся магниты, называется индуктором. Та часть, на которой расположена обмотка, — якорем. В модели генератора, изображённой на рисунке 23, индуктором является статор (неподвижная часть), а якорем — ротор (движущаяся часть). Мы видим, что возможна и иная конструкция, когда индуктор вращается, а якорем служит статор. При этом отпадает необходимость в скользящих контактах — щётках, — так как обмотка, в которой индуктируется электрическое поле, неподвижна.

На щётках происходит искрообразование, ограничивающее возможность повышения напряжения электрической машины. Поэтому большинство генераторов и моторов переменного тока конструируется с неподвижным якорем.

На электростанции стоит генератор (рис.25). Вода или пар вращают его ротор. Здесь механическая энергия превращается в электрическую. За сотни километров от электростанции в сеть её включают электродвигатель (рис. 26). Магнитное поле тока приводит в движение ротор двигателя. Здесь электрическая энергия превращается в механическую и используется для выполнения любой требуемой работы.

Благодаря электричеству оказалось возможным заставить падающую воду или сжигаемое топливо совершать работу за сотни километров от того места, где выделяется их энергия.