Природа электромагнитной силы

Объяснение механических действий магнитного поля тяжением магнитных линий предоставляет возможность дать весьма простое физическое толкование причин возникновения электромагнитной силы, т. е. силы механического взаимодействия проводника, несу­щего ток, с магнитным полем. Представим себе поле между двумя полюсами магнита и помешенный в это поле перпендикулярно к нему проводник, по которому течет ток. Мы знаем, что при про­хождении по проводнику тока вокруг него возникает магнитное поле в виде кольцевых магнитных линий. Направление этого поля тока легко определяется по правилу штопора. Картина резуль­тирующего магнитного поля может быть получена аналитически или путем использования железных опилок и построения магнитного спектра. Не трудно будет убедиться, что по одну сторону проводника, как бы в силу наложения противоположных магнитных состояний среды, магнитное поле ослабится, в то время, как по другую сторону проводника, наоборот, магнитные линии располо-

жатся более густо. Поле тока, таким образом, исказит основное магнитное поле. В результате получится картина, данная на ри­сунке 59 (см. также рис. 26— 28).

Если достаточно освоиться с фарадеевским представлением о магнитном поле, как о системе реально существующих упругих нитей, стремящихся стянуться, то, не прибегая к правилу левой руки, по одному взгляду на рисунок 59 можно сказать, что про­водник будет испытывать со стороны поля давление, стремящееся сдвинуть его влево.

Вообще, правильное представление о вероятном

механизме явлений, имеющих место в магнитном поле, делает запо­минание разного рода мнемонических правил излишним.

Картину магнитного поля в каждом данном случае можно, как указано выше, получить аналитически путем расчета или же, что гораздо проще, при помощи магнитных спектров. Эти спектры известны еще со времени Гильберта (XVI век), но только Фарадей научил нас (см. § 1) видеть в них определенный физи­ческий смысл, а именно схему какого то реально происходящего физического процесса. В этом—громадная заслуга Фарадея.

Совершенно аналогичным образом можно трактовать и механи­ческие процессы, происходящие в более сложных случаях. Рассмо­трим, например, схему магнитного потока в двигателе постоянного тока (рис. 60).

При прохождении тока по обмотке двигателя этой обмоткой, как таковой, создается поле, направление которого пока­зано на рисунке прямой стрелкой. Взаимодействуя с основным

полем, поле якоря создает некоторое результирующее поле, скошен­ное под северным полюсом в одну сторону, под южным — в другую, как показано на рисунке 60. Деформированные таким образом маг­нитные линии, стягиваясь, естественно создадут пару сил, стремя­щуюся вращать якорь (против часовой стрелки в данном случае). Если бы не было коммутации, т. е. если бы направление тока в каждом данном проводнике не менялось при прохождении под щеткой, то якорь, повернувшись на такой угол, при котором несим­метрия магнитного поля исчезает, остановился бы. Таким образом, коммутация необходима для того, чтобы искусственно поддержи­вать несимметрию магнитного поля.

Этот пример выясняет нам, каким путем происходит преобра­зование электрической энергии в механическую. Подводимая к дви­гателю электрическая энергия идет на деформирование магнитного поля. Это деформированное состояние поля и является непосред­ственной причиной возникновения вращающего момента (см. § 12). Обратное явление происходит в генераторе. Механическая энергия двигателя, вращающего генератор, расходуется на преодоление тяжения деформируемых проводниками якоря магнитных линий основного магнитного поля машины. Путем процесса, подробное рассмотрение которого будет дано в глазе V, „Природа электри­ческого тока", и элементарной схемой которого является пример, приведенный нами на рисунках 26 — 28 (почкование магнитных линий), энергия деформированных магнитных линий распределяется по всей замкнутой цепи тока, состоящей из проводников арматуры и внешней части цепи. Таким образом, магнитный поток является физически необходимым посредником при преобразовании механической энергии в электрическую и обратно.

В том, что поле, создаваемое якорем, будет иметь именно такое направле­ние, не трудно убедиться, рассмотрев распределение токов по проводникам обмотки. Ясно, что мы можем рассматривать якорь как электромагнит, отличаю­щийся от обычного электромагнита лишь тем, что в якоре витки намагничивающей обмотки по краям его (у щеток) имеют меньшие размеры, чем посредине.