Рис. Правило правой руки.

Кроме того, что электроны обладают собственным магнитным моментом, они еще вращаются вокруг ядер атомов[18], создавая за счет этого дополнительное магнитное поле. А поскольку внутри вещества этих электронов огромное количество, то их суммарное магнитное поле может достигать довольно больших значений. Однако для этого нужно, чтобы все эти магнитные поля были выстроены примерно в одном направлении. У обычных веществ так выстроить все свои электроны не получается – там магнитные моменты всех электронов ориентированы как попало, так что они просто компенсируют друг друга, и итоговое магнитное поле оказывается равным нулю. Но есть в природе особые вещества, ферромагнетики, у которых магнитные поля всех электронов могут выстроиться в одну и ту же сторону. И тогда происходит их взаимное усиление, а кусок такого вещества превращается в постоянный магнит.

Воздействие проводника с током на магниты – это довольно интересное свойство, поскольку оно четко показывает, что электричество и магнетизм как-то связаны друг с другом. И если с помощью электричества можно получать магнитное поле, то, наверное, с помощью магнитов можно получать электричество. Но как превратить магнетизм в электричество? Этим вопросом задавались многие ученые XIX века. И только Майкл Фарадей 29 августа 1831 года придумал, как это сделать. Это было очень важным открытием, потому что именно таким способом мы до сих пор получаем бóльшую часть электричества.

А суть эксперимента Фарадея была в следующем. Он взял спираль из медной проволоки и подключил ее к гальванометру (прибору для измерения силы электрического тока). Если больше ничего не делать, то никакого тока по проволоке не возникает (ведь никакой батарейки в этой цепи нет). Но как только Фарадей начинал вводить магнитный брусок в эту спираль, в цепи появлялся электрический ток и стрелка гальванометра отклонялась. А когда после этого он вытаскивал магнит обратно, то стрелка гальванометра отклонялась в обратную сторону, т. е. направление электрического тока менялось на противоположное.

Выходит, что если перемещать (именно перемещать, а не просто положить) возле проводника магнит, то в этом проводнике возникает электрический ток. Или более точно: изменяющееся во времени магнитное поле создает (индуцирует) электрический ток. Поэтому Фарадей назвал это явление электромагнитной индукцией. На нем основан принцип работы электрогенераторов и электромоторов, без него была бы невозможна работа индукционных плит и беспроводная зарядка мобильных устройств. Но, пожалуй, самое важное применение электромагнитной индукции состоит в том, что с ее помощью мы научились получать электричество.

Для производства большого количества электроэнергии люди до сих пор используют явление электромагнитной индукции, открытое Фарадеем еще в начале XIX века. Только, в отличие от его опытов, сегодня не магнит перемещают возле проводника, а проводник вращают в магнитном поле (потому что магниты большие и тяжелые и двигать их гораздо тяжелее, чем маленькие и легкие проводники). А принцип работы электрогенератора такой: берется постоянный магнит (либо два магнита, повернутые друг к другу противоположными полюсами), между полюсами магнита помещается рамка из проволоки, которую можно подключить к какой-нибудь полезной нагрузке, например лампочке, и далее эту рамку начинают вращать.

При вращении рамки магнитный поток, проходящий через нее, будет постоянно изменяться. Следовательно, по закону электромагнитной индукции, в этой рамке возникает (индуцируется) электрический ток. Этот ток, проходя через лампочку, заставляет ее светиться[19]. Так механическая энергия (энергия вращения) преобразуется в электрическую энергию. Т. е. для генерации тока обязательно нужно что-то покрутить[20].

На этом принципе основана работа почти всех электростанций (кроме солнечных). Все они отличаются только способом заставить генератор крутиться и видом используемого топлива. Как же они раскручивают свои генераторы и зачем для этого топливо? Руками крутить генератор довольно тяжело, да и ни одного человека не хватит надолго. Поэтому используют, например, силу ветра – чтобы ветер вращал лопасти «мельницы», к которой подключен электрогенератор. Либо можно использовать течение воды, как это делают в гидроэлектростанциях. Тут никакого топлива не требуется.