§ 57. Электрический двигатель

Работа электрического двигателя основана на действии магнитного поля на проводник с током. Если прямоугольную рамку поместить между полюсами магнита, на её противоположные стороны действуют силы разных направлений. Эти силы могут поворачивать рамку вокруг оси. Источник обеспечивает ток и передачу электрической энергии, а магнитное взаимодействие создаёт вращательное движение. Таким образом, двигатель не производит энергию, а преобразует поступающую электрическую энергию в механическую и частично во внутреннюю.

В простейшей модели двигателя постоянного тока концы рамки соединены с двумя изолированными полукольцами. К ним прижимаются неподвижные щётки, связанные с полюсами источника. После каждого полуповорота рамки контакты переключаются, и ток в ней меняет направление. Это позволяет действующим силам поддерживать вращение в прежнюю сторону. Если не обеспечить подходящее переключение, рамка может остановиться в положении равновесия, а не совершать непрерывные обороты под действием постоянного тока.

В реальном двигателе вместо единственной рамки используют многовитковую обмотку. Её размещают в пазах железного сердечника, который усиливает магнитное действие и образует вращающуюся часть — якорь в рассматриваемой конструкции. Вал передаёт движение связанному механизму: вентилятору, станку или другому устройству. Внешнее поле может создаваться постоянными магнитами либо электромагнитами. Существуют различные типы двигателей, поэтому схема с полукольцами объясняет основной принцип, но не описывает устройство абсолютно каждого электромотора.

Электродвигатели применяются в бытовых приборах, транспорте и промышленности. Они удобны управлением и позволяют получать механическую работу без сжигания топлива непосредственно внутри двигателя. Однако экологические последствия зависят также от того, как произведена электроэнергия. Часть энергии теряется из-за нагревания обмоток, трения и других процессов, поэтому коэффициент полезного действия меньше ста процентов. При пересказе полезно разделять цепочку: источник создаёт ток, поле действует на обмотку, обмотка вращает вал, а вал выполняет полезную механическую работу.