Номер 2, страница 358 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

2. Почему приборы магнитоэлектрической системы пригодны для измерений только в цепях постоянного тока?

2. Почему приборы магнитоэлектрической системы пригодны для измерений только в цепях постоянного тока?

Приборы магнитоэлектрической системы пригодны для измерений только в цепях постоянного тока из-за своего принципа действия. Он основан на взаимодействии магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, и магнитного поля катушки с током, которая является подвижной частью прибора.

1. Принцип работы. Подвижная часть прибора — это лёгкая рамка с обмоткой (катушкой), помещённая в сильное магнитное поле постоянного магнита. Когда через обмотку протекает измеряемый ток, на проводники рамки начинает действовать сила Ампера. Эта сила создает вращающий момент $M_{вр}$, который поворачивает рамку вместе со стрелкой-указателем. Величина этого момента прямо пропорциональна силе тока $\text{I}$.

$M_{вр} \sim I$

Повороту рамки противодействует упругий момент $M_{упр}$, создаваемый пружинами, который пропорционален углу поворота $\phi$. Стрелка останавливается, когда моменты уравновешиваются ($M_{вр} = M_{упр}$), и угол отклонения стрелки оказывается прямо пропорциональным силе тока.

2. Измерение постоянного тока (DC). В цепи постоянного тока его направление неизменно. Следовательно, направление силы Ампера и вращающего момента также постоянно. Стрелка прибора отклоняется на определенный угол, пропорциональный значению тока, и фиксируется в этом положении, что позволяет легко считать показания.

3. Попытка измерения переменного тока (AC). В цепи переменного тока (например, промышленной частоты 50 Гц) направление тока меняется на противоположное 100 раз в секунду. Вместе с током меняется и направление силы Ампера, а значит, и вращающего момента. Подвижная система прибора (рамка со стрелкой) обладает механической инерцией и физически не может совершать колебания с такой высокой частотой. В результате на рамку действует быстропеременный знакопеременный момент, среднее значение которого за один период равно нулю.

$M_{вр.ср} = \frac{1}{T} \int_0^T M_{вр}(t) dt = 0$

Из-за этого стрелка прибора либо будет слегка дрожать около нулевой отметки, либо вообще не сдвинется с места. Таким образом, прибор покажет нулевое значение, и измерение величины переменного тока окажется невозможным.

Ответ: Приборы магнитоэлектрической системы работают на принципе, где направление отклоняющей силы зависит от направления тока. В цепи переменного тока направление тока постоянно меняется, что вызывает знакопеременную силу. Из-за инерции подвижная часть прибора не успевает реагировать на эти быстрые изменения, и средний вращающий момент оказывается равен нулю, поэтому стрелка остается на нулевой отметке. В цепи постоянного тока направление силы постоянно, что обеспечивает стабильное отклонение стрелки, пропорциональное силе тока.