Электрический ток в проводнике может вызывать механическое действие по нескольким причинам: эффекту Джоуля и воздействию магнитных сил.

1. Эффект Джоуля

Эффект Джоуля объясняет, как электрический ток, проходя через проводник, выделяет тепло. Это связано с сопротивлением проводника: когда электроны движутся по нему, они сталкиваются с атомами решётки, передавая им часть своей энергии. Это приводит к нагреванию проводника.

Однако, хотя эффект Джоуля в первую очередь связан с выделением тепла, он может также использоваться для создания механического действия. Например, в некоторых устройствах, где необходим нагрев (например, электрообогреватели), тепло создает давление, вызывая движение жидкости или газа.

2. Магнитные силы

Когда электрический ток проходит через проводник, он создает магнитное поле вокруг него. Это явление хорошо описано законом Ампера. Если проводник помещен в магнитное поле или если он сам создает магнитное поле, то на него начинает действовать сила, известная как магнитная сила.

Согласно правилу Лоренца, сила, действующая на проводник, перпендикулярна как направлению тока, так и направлению магнитного поля. Это взаимодействие является основой для работы электрических двигателей.

Применение в двигателях

Электрические двигатели используют оба этих эффекта для преобразования электрической энергии в механическую работу:

Синхронные и асинхронные двигатели: В таких двигателях создается вращающееся магнитное поле, используя переменный ток, который вызывает движение ротора.

Электромагниты: В большинстве электрических двигателей используются электромагниты, которые создают магнитное поле и могут взаимодействовать с постоянными магнитами или другими электромагнитами.

Коммутаторы и роторы: В некоторых двигателях (например, в коллекторных) используется коммутатор для изменения направления тока в различных частях ротора с целью поддержания вращения.

Таким образом, электрический ток, создавая магнитные поля и вызывая эффекты, связанные с тепловыми и магнитными взаимодействиями, может быть преобразован в механическое движение, что находит широкое применение в различных устройствах и транспортных средствах.