Номер 3, страница 358 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

3. Для чего в электроизмерительных приборах нужны успокоители?

3. Для чего в электроизмерительных приборах нужны успокоители?

Успокоители в электроизмерительных приборах (особенно в стрелочных, аналоговых) предназначены для гашения колебаний подвижной части прибора (стрелки с рамкой или катушкой) и обеспечения ее быстрой установки в положение, соответствующее измеряемой величине.

Когда на измерительный механизм подается ток или напряжение, возникает вращающий момент, который стремится повернуть подвижную часть. Однако из-за инерции подвижная часть по инерции проскакивает положение равновесия и начинает совершать колебания вокруг него. Без успокоителя эти колебания могут затухать очень долго, что делает считывание показаний невозможным или очень медленным.

Успокоитель создает противодействующий (демпфирующий) момент, который направлен против движения стрелки и пропорционален скорости ее перемещения. Этот момент быстро гасит колебания. В зависимости от степени демпфирования, движение стрелки может быть апериодическим (стрелка медленно подходит к нужному значению), критическим (стрелка максимально быстро достигает нужного значения без колебаний) или колебательным (стрелка совершает несколько быстро затухающих колебаний). Оптимальным считается режим, близкий к критическому.

Существуют три основных типа успокоителей.
Первый, наиболее распространенный тип, — магнитоиндукционные (вихретоковые). На оси подвижной части закреплен легкий алюминиевый диск, который перемещается в зазоре сильного постоянного магнита. При движении в диске наводятся вихревые токи (токи Фуко), взаимодействие которых с магнитным полем создает тормозной момент.
Второй тип — воздушные (пневматические). Они состоят из легкой алюминиевой пластины, движущейся в замкнутой камере. Сопротивление воздуха создает тормозящую силу. Такие успокоители применяют в приборах, где нельзя использовать постоянные магниты (например, в электродинамических).
Третий тип — жидкостные. Тормозной момент создается за счет вязкого трения лопасти в масле. Используются редко.

Ответ: Успокоители нужны для быстрого гашения колебаний подвижной части измерительного прибора, чтобы стрелка как можно скорее устанавливалась на значении измеряемой величины, обеспечивая быстроту и удобство считывания показаний.

4. Как устроен измерительный прибор электродинамической системы?

Измерительный прибор электродинамической системы основан на принципе силового взаимодействия двух катушек с током. В отличие от магнитоэлектрической системы, где используется постоянный магнит, здесь магнитное поле создается неподвижной катушкой, в котором перемещается подвижная катушка.

Основные элементы конструкции электродинамического прибора включают в себя неподвижную и подвижную катушки, пружины и успокоитель.

Неподвижная катушка обычно состоит из двух одинаковых секций. Через нее протекает ток, создающий рабочее магнитное поле. В амперметрах и ваттметрах она включается в цепь последовательно, в вольтметрах — через добавочное сопротивление.

Подвижная катушка располагается в зазоре между секциями неподвижной катушки и может вращаться. На ее оси закреплена стрелка-указатель. Ток к катушке подводится через две тонкие спиральные пружины.

Спиральные пружины выполняют две функции: служат токоподводами к подвижной катушке и создают противодействующий механический момент, который возвращает стрелку в нулевое положение и уравновешивает вращающий момент.

Успокоитель, как правило, воздушный (пневматический), так как в приборе нет сильного постоянного магнита, необходимого для магнитоиндукционного успокоителя.

Магнитная система в большинстве случаев не имеет ферромагнитного сердечника, что исключает погрешности от гистерезиса и позволяет использовать прибор в цепях переменного тока. Приборы с сердечником (ферродинамические) обладают большей чувствительностью, но и большими погрешностями на переменном токе.

Принцип действия: когда по обеим катушкам протекают токи ($I_1$ в неподвижной и $I_2$ в подвижной), их магнитные поля взаимодействуют. Возникает вращающий момент $M_{вр}$, который пропорционален произведению токов: $M_{вр} \sim I_1 \cdot I_2$. Поворот продолжается до тех пор, пока вращающий момент не уравновесится противодействующим моментом пружин $M_{пр}$, который пропорционален углу поворота $\alpha$. В положении равновесия $\alpha \sim I_1 \cdot I_2$.

Благодаря пропорциональности угла отклонения произведению токов, приборы электродинамической системы универсальны. Они могут использоваться как амперметры и вольтметры для измерения действующих значений в цепях переменного тока (катушки соединяются последовательно, $\alpha \sim I^2$), а также в цепях постоянного тока. Но их основное применение — в качестве ваттметров для измерения активной мощности. В этом случае токовая катушка включается последовательно с нагрузкой ($I_1 = I_{нагрузки}$), а катушка напряжения — параллельно ей ($I_2 \sim U_{нагрузки}$). Тогда угол отклонения стрелки становится пропорционален средней мощности: $\alpha \sim P = U \cdot I \cdot \cos\phi$.

Ответ: Прибор электродинамической системы состоит из неподвижной и подвижной катушек. Его действие основано на взаимодействии магнитных полей, создаваемых токами в этих катушках. Вращающий момент, действующий на подвижную катушку со стрелкой, пропорционален произведению токов в катушках и уравновешивается моментом спиральных пружин. Для гашения колебаний используется воздушный успокоитель.