Вопросы § 62
Физика А.В. Перышкин
1. Как показать, что магнитное поле действует на проводник с током, находящийся в этом поле?
Проводник подвешен на гибких проводах, которые присоединяются к источнику тока. Проводник помещен между полюсами дугообразного магнита, т.е. находится в магнитном поле. При замыкании электрической цепи проводник приходит в движение.
2. Пользуясь рисунком 117, объясните, от чего зависит направление движения проводника с током в магнитном поле.
Направление движения проводника зависит от направления тока в нем и от расположения полюсов магнита.
3. При помощи какого прибора можно осуществить вращение проводника с током в магнитном поле? При помощи какого устройства в рамке меняют направление тока через каждые пол-оборота?
В приборе легкая прямоугональная рамка насажена на вертикальную ось. На рамке уложена обмотка, состоящая из нескольких десятков витков проволоки, покрытой изоляцией. Концы обмотки присоединены к металлическим полукольцам: один конец обмотки присоединен к одному полукольцу, другой — к другому. Каждое полукольцо прижимается к металлической пластинке — щетке. Щетки служат для подвода тока от источника к рамке.
При помощи полуколец и щеток.
4. Опишите устройство технического электродвигателя.
В технических электродвигателях обмотка состоит из большого числа витков проволоки. Эти витки укладывают в пазы (прорези), сделанные вдоль боковой поверхности железного цилиндра. Этот цилиндр нужен для усиления магнитного поля.
Магнитное поле, в котором вращается якорь такого двигателя, создается сильным электромагнитом. Электромагнит питается током от того же источника тока, что и обмотка якоря.
Вал двигателя, проходящей по центральной оси железного цилиндра, соединяют с прибором, который приводится двигателем во вращение.
5. Где применяются электрические двигатели? Каковы их преимущества по сравнению с тепловыми?
Применение: транспорт, насосы для выкачивания нефти из скважин.
При одинаковой мощности они имеют меньшие размеры, чем тепловые двигатели. Они не загрязняют воздух и им не нужен запас топлива и воды. Их можно установить в удобном месте. Можно изготовить электрический двигатель любой мощности.
6. Кто и когда изобрёл первый электродвигатель, пригодный для практического применения?
1. Как показать, что магнитное поле действует на проводник с током, находящийся в этом поле?
Проводник подвешен на гибких проводах, которые присоединяются к источнику тока. Проводник помещен между полюсами дугообразного магнита, т.е. находится в магнитном поле. При замыкании электрической цепи проводник приходит в движение.
2. Пользуясь рисунком 117, объясните, от чего зависит направление движения проводника с током в магнитном поле.
Направление движения проводника зависит от направления тока в нем и от расположения полюсов магнита.
3. При помощи какого прибора можно осуществить вращение проводника с током в магнитном поле? При помощи какого устройства в рамке меняют направление тока через каждые пол-оборота?
В приборе легкая прямоугональная рамка насажена на вертикальную ось. На рамке уложена обмотка, состоящая из нескольких десятков витков проволоки, покрытой изоляцией. Концы обмотки присоединены к металлическим полукольцам: один конец обмотки присоединен к одному полукольцу, другой — к другому. Каждое полукольцо прижимается к металлической пластинке — щетке. Щетки служат для подвода тока от источника к рамке.
При помощи полуколец и щеток.
4. Опишите устройство технического электродвигателя.
В технических электродвигателях обмотка состоит из большого числа витков проволоки. Эти витки укладывают в пазы (прорези), сделанные вдоль боковой поверхности железного цилиндра. Этот цилиндр нужен для усиления магнитного поля.
Магнитное поле, в котором вращается якорь такого двигателя, создается сильным электромагнитом. Электромагнит питается током от того же источника тока, что и обмотка якоря.
Вал двигателя, проходящей по центральной оси железного цилиндра, соединяют с прибором, который приводится двигателем во вращение.
5. Где применяются электрические двигатели? Каковы их преимущества по сравнению с тепловыми?
Применение: транспорт, насосы для выкачивания нефти из скважин.
При одинаковой мощности они имеют меньшие размеры, чем тепловые двигатели. Они не загрязняют воздух и им не нужен запас топлива и воды. Их можно установить в удобном месте. Можно изготовить электрический двигатель любой мощности.
6. Кто и когда изобрёл первый электродвигатель, пригодный для практического применения?
Как показать, что магнитное поле действует на проводник с током.
Вопросы:
1. Как показать, что магнитное поле действует на проводник с током, находящийся в этом поле?
2. Пользуясь рисунком 117, объясните, от чего зависит направление движения проводника с током в магнитном поле.
3. При помощи какого прибора можно осуществить вращение проводника с током в магнитном поле? При помощи какого устройства в рамке меняют направление тока через каждые пол-оборота?
4. Опишите устройство технического электродвигателя.
5. Где применяются электрические двигатели? Каковы их преимущества по сравнению с тепловыми?
6. Кто и когда изобрёл первый электродвигатель, пригодный для практического применения?
Ответы:
1. Если подвесить проводник на тонких гибких проводах в магнитном поле постоянного магнита, то при включении электрического тока в сети с проводником, он отклонится, демонстрируя взаимодействие магнитных полей проводника и магнита.
2. Направление движения проводника с током в магнитном поле зависит от направления тока и от расположения полюсов магнита.
3. Осуществить вращение проводника с током в магнитном поле можно с помощью устройства, изображенного на рис. 117, в котором рамка с изолированной обмоткой подключается в сеть через проводящие полукольца и щетки, позволяющее менять направление тока в обмотке через полоборота. В результате рамка вращается все время в одном направлении.
4. Технический электродвигатель имеет в своем составе якорь — это железный цилиндр, имеющий вдоль боковой поверхности прорези, в которые укладываются витки обмотки. Сам якорь вращается в магнитном поле, создаваемом сильным электромагнитом. Вал двигателя, проходящий по центральной оси железного цилиндра, соединяют с прибором, который приводится двигателем во вращение.
5. Двигатели постоянного тока нашли особенно широкое применение на транспорте (трамваи, троллейбусы, электровозы), в промышленности (для выкачивания нефти из скважины) в быту (в электробритвах). Электродвигатели имеют меньшие размеры по сравнению с тепловыми, а также гораздо более высокий КПД, кроме того они не выделяют газов, дыма и пара, т. е. более экологически чистые.
6. Первый электрический двигатель, пригодный для практического применения изобрел русский ученый — Борис Семенович Якоби в 1834 году.
При помощи какого прибора можно осуществить вращение проводника с током в магнитном поле
Каково действие магнитного поля на проводник с током?
1. Как показать, что магнитное поле действует на проводник с током, находящийся в этом поле?
Надо подвесить проводник на гибких проводах, присоединенных к источнику тока.
При помещении этого проводника с током между полюсами постоянного дугообразного магнита он придет в движение.
Это доказывает, что магнитное поле действует на проводник с током.
2. От чего зависит направление движения проводника с током в магнитном поле?
Направление движения проводника с током в магнитном поле зависит от направления тока в проводнике и от расположения полюсов магнита.
3. При помощи какого прибора можно осуществить вращение проводника с током в магнитном поле?
Прибор, на котором можно осуществить вращение проводника с током в магнитном поле, состоит из прямоугольной рамки, насаженнной на вертикальную ось.
На рамке уложена обмотка, состоящая из нескольких десятков витков проволоки, покрытой изоляцией.
Так как ток в цепи направлен от положительного полюса источника к отрицательному, в противоположных частях рамки ток имеет противоположное направление.
Поэтому и силы магнитного поля будут действовать на эти стороны рамки тоже в противоположные стороны.
В результате рамка начнет поворачиваться.
4. При помощи какого устройства в рамке меняют направление тока через каждые пол-оборота?
5. Как устроен технический электродвигатель?
Вращение катушки с током в магнитном поле используется в устройстве электродвигателя.
В электродвигателях обмотка состоит из большого числа витков проволоки.
Они укладывают в прорези на боковой поверхности железного цилиндра.
Этот цилиндр нужен для усиления магнитного поля.
Цилиндр с обмоткой называется якорем двигателя.
Магнитное поле, в котором вращается якорь такого двигателя, создается сильным электромагнитом.
Электромагнит и обмотка якоря питаются от одного источника тока.
Вал двигателя (ось железного цилиндра) передает вращение на полезную нагрузку.
6. Где применяются электрические двигатели?
Двигатели постоянного тока нашли особенно широкое применение на транспорте (электровозы, трамваи, троллейбусы), в насосах для выкачивания нефти из скважин, на экскаваторах, прокатных станах, кораблях.
В промышленности применяют и электродвигатели, работающие на переменном токе.
7. Каковы их преимущества по сравнению с тепловыми?
Электрические двигатели обладают рядом преимуществ:
— при одинаковой мощности они имеют меньшие размеры, чем тепловые двигатели;
— при работе они не выделяют газов, дыма и пара, т.е. не загрязняют воздух;
— им не нужен запас топлива и воды.
— их можно установить в удобном месте: на станке, под полом трамвая, на тележке электровоза;
— можно изготовить электрический двигатель любой мощности: от нескольких ватт, например в электробритвах, до сотен и тысяч киловатт;
— более высокий КПД.
8. Кто и когда изобрёл первый электродвигатель, пригодный для практического применения?
Первый электрический двигатель, пригодный для практического применения, изобрел русский ученый Борис Семенович Якоби в 1834 году.
§ 62. Действие магнитного поля на проводник с током. Электрический двигатель
Мы знаем, что проводники с токами взаимодействуют друг с другом с некоторой силой (§ 37). Это объясняется тем, что на каждый проводник с током действует магнитное поле тока другого проводника.
Вообще магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник с током, находящийся в этом поле.
На рисунке 117, а изображён проводник АВ, подвешенный на гибких проводах, которые присоединены к источнику тока. Проводник АВ помещён между полюсами дугообразного магнита, т. е. находится в магнитном поле. При замыкании электрической цепи проводник приходит в движение (рис. 117, б).
Направление движения проводника зависит от направления тока в нём и от расположения полюсов магнита. В данном случае ток направлен от А к В, и проводник отклонился влево. При изменении направления тока на противоположное проводник переместится вправо. Точно так же проводник изменит направление движения при изменении расположения полюсов магнита. Практически важное значение имеет вращение проводника с током в магнитном поле.
На рисунке 118 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.
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.
Мы знаем, что ток в цепи направлен от положительного полюса источника к отрицательному, следовательно, в частях рамки АВ 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. Этот цилиндр нужен для усиления магнитного поля. На рисунке 119 изображена схема такого устройства, оно называется якорем двигателя. На схеме (она дана в перпендикулярном сечении) витки проволоки показаны кружочками.
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 (их вы будете изучать в старших классах).
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.
Вопросы
1. Как показать, что магнитное поле действует на проводник с током, находящийся в этом поле?
2. Пользуясь рисунком 117, объясните, от чего зависит направление движения проводника с током в магнитном поле.
3. При помощи какого прибора можно осуществить вращение проводника с током в магнитном поле? При помощи какого устройства в рамке меняют направление тока через каждые пол-оборота?
4. Опишите устройство технического электродвигателя.
5. Где применяются электрические двигатели? Каковы их преимущества по сравнению с тепловыми?
6. Кто и когда изобрёл первый электродвигатель, пригодный для практического применения?
Задание
1. Вращение рамки с током в магнитном поле используется в устройстве электрических измерительных приборов. На рисунке 120, а показана схема устройства одного из таких приборов. Между полюсами постоянного магнита (или электромагнита) располагается лёгкая катушка К, внутри которой находится неподвижный железный сердечник С. Катушка расположена горизонтально. Ток в неё поступает по металлическим пружинкам П. При отсутствии тока пружинки удерживают катушку в горизонтальном положении, а прикреплённую к ней стрелку — на нулевом делении шкалы. Объясните, как действует прибор.
2. На рисунке 121 изображён автомат, с помощью которого включается звонок, когда температура в помещении поднимается выше нормы. Назовите все части автомата. Объясните его действие. В каких случаях целесообразно применять такие автоматы? Приведите примеры.
