Номер 1, страница 358 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

1. Как устроен электроизмерительный прибор магнитоэлектрической системы?

1. Как устроен электроизмерительный прибор магнитоэлектрической системы?

Электроизмерительный прибор магнитоэлектрической системы предназначен для измерения силы тока или напряжения в цепях постоянного тока. Его работа основана на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и магнитного поля катушки с током.

Основные части прибора можно разделить на неподвижную, подвижную и отсчетное устройство.

Неподвижная часть включает в себя: постоянный магнит, создающий сильное магнитное поле; магнитопровод и полюсные наконечники для концентрации магнитного потока; сердечник из мягкой стали, располагающийся внутри подвижной катушки для создания равномерного радиального поля.

Подвижная часть состоит из: рамки (катушки) – легкого каркаса с обмоткой из тонкого провода, через которую проходит измеряемый ток; оси и опор (кернов и подпятников), обеспечивающих вращение рамки с минимальным трением; двух спиральных пружин, которые создают противодействующий момент и подводят ток к рамке; стрелки, показывающей значение на шкале; и успокоителя, который гасит колебания стрелки (часто это сам алюминиевый каркас рамки).

Отсчетное устройство – это шкала с делениями, по которой перемещается стрелка. У приборов магнитоэлектрической системы шкала является равномерной.

Принцип действия:

При пропускании измеряемого постоянного тока $\text{I}$ через обмотку рамки, помещенной в магнитное поле постоянного магнита с индукцией $\text{B}$, на стороны рамки начинают действовать силы Ампера. Эти силы создают вращающий момент $M_{вр}$, который стремится повернуть рамку. Величина этого момента пропорциональна силе тока:

$M_{вр} = B \cdot S \cdot w \cdot I = k_1 \cdot I$

где $\text{B}$ – магнитная индукция в зазоре, $\text{S}$ – площадь рамки, $\text{w}$ – число витков в обмотке, $\text{I}$ – измеряемый ток, $k_1$ – постоянный коэффициент для данного прибора.

Повороту рамки противодействует упругий момент $M_{упр}$, создаваемый спиральными пружинами. Этот момент пропорционален углу поворота рамки $\alpha$:

$M_{упр} = c \cdot \alpha = k_2 \cdot \alpha$

где $\text{c}$ (или $k_2$) – жесткость пружин (удельный противодействующий момент).

Подвижная часть (рамка со стрелкой) поворачивается и останавливается в положении, когда вращающий момент уравновешивается противодействующим моментом:

$M_{вр} = M_{упр}$

$k_1 \cdot I = k_2 \cdot \alpha$

Отсюда угол отклонения стрелки прямо пропорционален силе измеряемого тока:

$\alpha = \frac{k_1}{k_2} \cdot I$

Так как угол отклонения $\alpha$ прямо пропорционален току $\text{I}$, шкала таких приборов является равномерной. Из-за зависимости направления вращающего момента от направления тока, приборы магнитоэлектрической системы пригодны только для измерений в цепях постоянного тока.

Ответ:
Электроизмерительный прибор магнитоэлектрической системы состоит из неподвижного постоянного магнита с сердечником, создающего сильное радиальное магнитное поле, и подвижной части. Подвижная часть представляет собой легкую катушку (рамку) с намотанным проводом, закрепленную на оси со стрелкой. При прохождении измеряемого постоянного тока через катушку возникает вращающий момент, который поворачивает катушку в магнитном поле. Этому моменту противодействуют спиральные пружины, создающие упругий противодействующий момент. Угол поворота стрелки, пропорциональный силе тока, устанавливается, когда оба момента уравновешиваются. Это обеспечивает равномерную шкалу прибора. Приборы этой системы используются для измерения постоянного тока и напряжения, обладают высокой точностью и чувствительностью.