Фізичні дослідження, які часто проводять заради «наукової цікавості», в разі вдалого завершення можуть започаткувати новий етап у розвитку техніки. Саме так сталося з вивченням електромагнітних явищ. Якось, розмовляючи з Майклом Фарадеєм, один державний діяч запитав у нього: «Як ви гадаєте, чи дасть якусь користь електрика?» Фарадей посміхнувся: «Через кілька років ви обкладатимете електрику податком!» Минув час, і зараз наше життя неможливо уявити, наприклад, без електричних двигунів — екологічно чистих, зручних, компактних пристроїв. Про те, як працюють деякі електричні пристрої, ви дізнаєтеся із матеріала на цій сторінці.
Обертання рамки зі струмом у магнітному полі було використано у створенні електричних двигунів.
Електричний двигун — це пристрій, у якому електрична енергія перетворюється на механічну.
Щоб зрозуміти, як працює електродвигун постійного струму, з’ясуємо, як змусити рамку безперервно обертатися в одному напрямку. Неважко здогадатися: треба, щоб у момент проходження рамкою положення рівноваги напрямок струму в рамці змінювався на протилежний.
Пристрій, який автоматично змінює напрямок струму в рамці, називають колектором.
Сили Ампера, які забезпечують обертання рамки, прямо пропорційні довжині провідника. Тому для збільшення потужності електродвигуна його обмотку виготовляють із великої кількості витків дроту. Витки вкладають у спеціальні пази на бічній поверхні осердя — циліндра, виготовленого з листів магнітом’якої сталі. Осердя з обмоткою разом із півкільцями колектора утворюють ротор (від латин. rotare — обертатися) двигуна.
Для забезпечення рівномірного обертання ротора використовують кілька обмоток, які намотують на одне осердя. Колектор такого двигуна має не два півкільця, а низку мідних дугоподібних пластин, закріплених на ізольованому барабані.
У більшості сучасних електродвигунів замість постійного магніту використовують електромагніт, який становить одне ціле з корпусом електродвигуна та слугує статором (нерухомою частиною пристрою; від латин, stator — той, що стоїть нерухомо). Обмотка статора підключена до того самого джерела струму, що й обмотка ротора. Коли в обмотках ротора й статора йде струм, ротор обертається в магнітному полі статора і двигун працює.
На повертанні рамки зі струмом у магнітному полі постійного магніту ґрунтується дія електровимірювальних приладів магнітоелектричної системи — гальванометрів, амперметрів і вольтметрів постійного струму.
Коли струм у рамці (4) відсутній, спіральні пружини (2) утримують півосі (3), а отже, й стрілку (6) таким чином, що кінець стрілки встановлюється на нульовій позначці шкали приладу (7). Коли прилад вмикають у коло, в рамці починає йти струм і внаслідок дії сил Ампера рамка повертається в магнітному полі постійного магніту (1). Разом із рамкою повертаються півосі, а отже, і стрілка.
Під час повертання рамки закручуються пружини й виникають додаткові сили пружності. Коли момент сил пружності зрівноважує момент сил Ампера, повертання припиняється, а стрілка залишається відхиленою. Чим більша сила струму в рамці, тим на більший кут відхилиться стрілка і тим більшими будуть покази приладу.
За внутрішньою будовою амперметр і вольтметр є однаковими; відрізняються лише їхні шкали й електричні опори. Амперметр вмикають у коло послідовно, тому його опір має бути якнайменшим, інакше сила струму в колі значно зменшиться. А от вольтметр приєднують до кола паралельно з пристроєм, на якому вимірюють напругу, отже, щоб сила струму в колі майже не змінювалась, опір вольтметра має бути якнайбільшим.
Електродинамічний гучномовець (динамік) — це пристрій, який перетворює електричний сигнал на чутний звук.
Звук випромінюють тіла, які коливаються із частотою від 20 до 20 000 Гц (тобто здійснюють від 20 до 20 000 коливань за секунду). Коливне тіло в динаміку — дифузор. Щоб зрозуміти, як змусити дифузор коливатися за допомогою струму, розглянемо будову динаміка.
Основні частини динаміка — котушка зі струмом (звукова котушка) (1), до якої прикріплений дифузор (2), і магнітна система, що складається із постійного кільцевого магніту (3), сталевого циліндра (керна) (4) і двох сталевих дисків (фланців) (5), які щільно прилягають до магніту. Магнітна система створює магнітне поле, напрямлене перпендикулярно до витків котушки.