Теория:

Практически важное значение имеет вращение проводника с током в магнитном поле.
 
Поместим квадратную рамку, по которой течёт ток, между полюсами дугообразного магнита перпендикулярно линиям магнитного поля магнита (рис. \(1\)).
 
рамка.png
Рис. \(1\)
 
Тогда со стороны магнитного поля на вертикальные участки рамки будут действовать силы \(F\), направленные перпендикулярно току в рамке. Поскольку в вертикальных участках рамки ток имеет противоположное направление (в левой части рамки — вниз, а в правой — вверх), то и силы, действующие на вертикальные участки рамки, будут одинаковы по модулю, но противоположны по направлению (слева — вперёд, к наблюдателю, а справа — назад, от наблюдателя).
Действие равных по модулю, но противоположных по направлению сил на рамку приведёт к повороту рамки на \(180\)° против часовой стрелки, если смотреть на неё сверху.
Если каким-либо образом в этот момент изменить направление тока в рамке в другую сторону, то рамка сделает ещё пол-оборота против часовой стрелки. Таким образом, изменяя направление тока в рамке на противоположное каждые пол-оборота, можно заставить рамку вращаться в одну и ту же сторону.
 
На рисунке \(2\) изображён прибор, с помощью которого можно продемонстрировать такое движение. В этом приборе лёгкая прямоугольная рамка \(ABCD\) насажена на вертикальную ось. На рамке уложена обмотка, состоящая из нескольких десятков витков проволоки, покрытой изоляцией. Концы обмотки присоединены к металлическим полукольцам \(2\): один конец обмотки присоединён к одному полукольцу, другой — к другому.
 
118.png
Рис. \(2\)
 
Каждое полукольцо прижимается к металлической пластинке — щётке \(1\). Щётки служат для подвода тока от источника к рамке. Одна щётка всегда соединена с положительным полюсом источника, а другая — с отрицательным.
 
Ток в цепи направлен от положительного полюса источника к отрицательному, следовательно, в частях рамки \(AB\) и \(DC\) он имеет противоположное направление. Поэтому эти части проводника будут перемещаться в противоположные стороны, и рамка повернётся. При повороте рамки присоединённые к её концам полукольца повернутся вместе с ней, и каждое прижмётся к другой щётке, поэтому ток в рамке изменит направление на противоположное. Это нужно для того, чтобы рамка продолжала вращаться в том же направлении.
 
Вращение катушки с током в магнитном поле используется в устройстве электрического двигателя.
 
В технических электродвигателях обмотка состоит из большого числа витков проволоки. Эти витки укладывают в пазы (прорези), сделанные вдоль боковой поверхности железного цилиндра — якоря двигателя (рис. \(3\)). Этот цилиндр нужен для усиления магнитного поля.
 
якорь.png
Рис. \(3\)
 
Магнитное поле, в котором вращается якорь такого двигателя, создаётся сильным электромагнитом. Электромагнит питается током от того же источника тока, что и обмотка якоря. Вал двигателя, проходящий по центральной оси железного цилиндра, соединяют с прибором, который приводится двигателем во вращение.
 
Двигатели постоянного тока нашли особенно широкое применение на транспорте (электровозы, трамваи, троллейбусы).
Есть специальные безыскровые электродвигатели, которые применяют в насосах для выкачивания нефти из скважин.
В промышленности применяют двигатели, работающие на переменном токе.
 
Электрические двигатели обладают рядом преимуществ. При одинаковой мощности они имеют меньшие размеры, чем тепловые двигатели. При работе они не выделяют газов, дыма и пара, а значит, не загрязняют воздух. Им не нужен запас топлива и воды.
Электродвигатели можно установить в удобном месте: на станке, под полом трамвая, на тележке электровоза. Можно изготовить электрический двигатель любой мощности: от нескольких ватт (в электробритвах) до сотен и тысяч киловатт (на экскаваторах, прокатных станах, кораблях).
 
Коэффициент полезного действия мощных электрических двигателей достигает \(98\) %. Такого высокого КПД не имеет никакой другой двигатель.
 
Один из первых в мире электрических двигателей, пригодных для практического применения, был изобретён русским учёным Борисом Семёновичем Якоби в \(1834\) г.
 
Условное обозначение электродвигателя на электрических схемах представлено на рисунке \(4\).
 
электродвигатель.png
Рис. \(4\)