Электрический ток вырабатывается в генераторах — устройствах, преобразующих энергию того или иного вида в электрическую энергию. К генераторам относятся гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи1, солнечные батареи и т. п. Исследуются возможности создания принципиально новых типов генераторов.
1 В термобатареях используется свойство двух контактов разнородных материалов создавать ЭДС за счет разности температур контактов.
Напримep, разрабатываются так называемые топливные элементы, в которых энергия, освобождающаяся в результате реакции водорода с кислородом, непосредственно прекращается в электрическую.
Область применения каждого из перечисленных типов генераторов электроэнергии определяется их характеристиками. Так, электростатические машины создают высокую разность потенциалов, но не создать в цепи сколько-нибудь значительную силу тока. Гальванические элементы могут дать большой ток, но продолжительность их действия невелика.
Основную роль в наше время выполняют электромеханические индукционные генераторы переменного тока. В этих генераторах механическая энергия превращается в электрическую. Их действие основано на явлении электромагнитной индукции. Такие генераторы имеют сравнительно простое устройство и позволяют получать большие токи при достаточно высоком напряжении.
В дальнейшем, говоря о генераторах, мы будем иметь в виду именно индукционные электромеханические генераторы.
Генератор переменного тока.
В настоящее время имеется много различных типов индукционных генераторов. Но все они состоят из одних и тех же основных частей. Это, во-первых, электромагнит или постоянный магнит, создающий магнитное поле, и, во-вторых, обмотка, в которой индуцируется переменная ЭДС (в рассмотренной модели генератора это вращающаяся рамка). Так как ЭДС, наводимые в последовательно соединенных витках, складываются, то амплитуда ЭДС индукции в рамке пропорциональна числу ее витков. Она пропорциональна также амплитуде переменного магнитного потока (Фm = BS) через каждый виток
Резисторы R₂, R₄ и R₅ соединены параллельно.
Сопротивление R₂₄₅:
1/R₂₄₅ = 1/R₂ + 1/R₄ + 1/R₅ = 1/6 + 1/12 + 1/12 = 4/12 = 1/3
R₂₄₅ = 3 Ом
Резистор R₃ с группой R₂₄₅ соединен последовательно:
R₂₃₄₅ = R₃ + R₂₄₅ = 12 + 3 = 15 (Ом)
Группа R₂₃₄₅ с резистором R₆ соединена параллельно:
1/R₂₃₄₅₆ = 1/R₂₃₄₅ + 1/R₆ = 1/15 + 1/10 = 1/6
R₂₃₄₅₆ = 6 (Ом)
Группа R₂₃₄₅₆ с резистором R₁ соединена последовательно.
Общее сопротивление цепи:
R = R₁ + R₂₃₄₅₆ = 4 + 6 = 10 (Ом)
Напряжение на АВ:
U = IR = 8 · 10 = 80 (В)
Напряжение на R₁:
U₁ = IR₁ = 8 · 4 = 32 (В)
Напряжение на R₆:
U₆ = U - U₁ = 80 - 32 = 48 (В)
Ток через R₆:
I₆ = U₆/R₆ = 48 : 10 = 4,8 (А)
Ток через R₃:
I₃ = I - I₆ = 8 - 4,8 = 3,2 (А)
Напряжение на R₃:
U₃ = I₃R₃ = 3,2 · 12 = 38,4 (В)
Напряжение на группе R₂₄₅:
U₂₄₅ = U₆ - U₃ = 48 - 38,4 = 9,6 (В)
Ток через R₂:
I₂ = U₂₄₅ : R₂ = 9,6 : 6 = 1,6 (А)
Ток через R₄ и R₅:
I₄ = I₅ = U₂₄₅ : R₄ = 9,6 : 12 = 0,8 (А)