Номер 1, страница 377 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

1. Каким образом в генераторе постоянного тока происходит превращение механической энергии в электрическую?

1. Превращение механической энергии в электрическую в генераторе постоянного тока происходит на основе явления электромагнитной индукции. Суть явления заключается в том, что при движении проводника в магнитном поле (или при изменении магнитного поля вокруг проводника) в нем возникает электродвижущая сила (ЭДС). Процесс в генераторе включает в себя несколько ключевых элементов и этапов.

Основные компоненты генератора: Статор (индуктор) — неподвижная часть, создающая постоянное магнитное поле с помощью постоянных магнитов или электромагнитов (обмоток возбуждения). Ротор (якорь) — вращающаяся часть с обмоткой из проводников, в которой и индуцируется ЭДС. Коллектор — механический переключатель, состоящий из набора изолированных друг от друга медных пластин (ламелей), вращающийся вместе с якорем. Щетки — неподвижные контакты (обычно графитовые), которые прижаты к коллектору и служат для съёма тока с вращающегося якоря и передачи его во внешнюю цепь.

Процесс преобразования энергии происходит следующим образом:
1. Внешняя механическая сила (от двигателя, турбины и т.д.) приводит во вращение ротор (якорь) генератора.
2. Проводники обмотки якоря, вращаясь, пересекают силовые линии магнитного поля, создаваемого статором.
3. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в проводниках обмотки наводится ЭДС. Величина этой ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Для проводника, движущегося в поле, она определяется как $E = B \cdot l \cdot v \cdot \sin(\alpha)$, где $\text{B}$ — индукция магнитного поля, $\text{l}$ — активная длина проводника, $\text{v}$ — его линейная скорость, а $\alpha$ — угол между вектором скорости и вектором магнитной индукции.
4. При вращении рамки в магнитном поле каждая её сторона проходит сначала мимо одного полюса магнита, а затем мимо другого. Из-за этого направление индуцированной ЭДС в обмотке меняется дважды за один оборот. Таким образом, внутри якоря генерируется переменный по знаку и величине ток.
5. Для получения на выходе постоянного тока используется коллектор. Он выполняет функцию механического выпрямителя. Щетки расположены так, что в тот самый момент, когда ЭДС в обмотке меняет свое направление, они переключаются с одной ламели коллектора на другую. Это синхронное переключение приводит к тому, что во внешней цепи ток, несмотря на пульсации, течет всегда в одном направлении. В результате на выходе генератора мы получаем пульсирующий ток постоянного направления.

Для сглаживания этих пульсаций в реальных генераторах используют якорь со множеством обмоток, смещенных друг относительно друга, и коллектор с большим числом ламелей.

Ответ: В генераторе постоянного тока механическая энергия, вращающая якорь в магнитном поле, преобразуется в электрическую энергию переменного тока в обмотках якоря на основе закона электромагнитной индукции. Затем, при помощи коллекторно-щеточного узла, который действует как механический выпрямитель, этот переменный ток преобразуется в пульсирующий ток постоянного направления, который подается во внешнюю цепь.

2. Вопрос представлен в неполном виде ("Каков принцип действия машинного..."). Для предоставления развернутого ответа необходимо полное условие вопроса.

Ответ: Вопрос неполный.