Номер 2, страница 377 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

2. Каков принцип действия машинного генератора постоянного тока?

1. Преобразование механической энергии в электрическую в генераторе постоянного тока происходит в его вращающейся части — якоре. Якорь представляет собой вал с сердечником, в пазах которого уложена обмотка из изолированного провода. Когда якорь приводится во вращение внешней механической силой (например, от двигателя или турбины) в магнитном поле, создаваемом неподвижной частью генератора (статором или индуктором), в проводниках его обмотки, пересекающих магнитные силовые линии, индуцируется электродвижущая сила (ЭДС). Это явление называется электромагнитной индукцией и является основой работы любого электрического генератора. Таким образом, именно в обмотке якоря механическая энергия вращения преобразуется в электрическую энергию.

Ответ: Преобразование механической энергии в электрическую происходит в обмотке якоря генератора.

2. Принцип действия машинного генератора постоянного тока основан на явлении электромагнитной индукции. Основные части генератора — это неподвижный статор (индуктор), создающий постоянное магнитное поле, и вращающийся ротор (якорь) с обмоткой.
1. Внешний двигатель вращает якорь генератора.
2. Проводники обмотки якоря при вращении пересекают магнитные силовые линии поля, создаваемого статором.
3. Согласно закону электромагнитной индукции, в этих проводниках наводится электродвижущая сила (ЭДС). Поскольку якорь вращается, направление пересечения магнитных линий постоянно меняется, поэтому в самой обмотке якоря возникает переменная ЭДС.
4. Для получения на выходе постоянного тока используется специальное устройство — коллектор. Это механический выпрямитель, состоящий из изолированных друг от друга медных пластин, к которым припаяны концы обмотки якоря. По коллектору скользят неподвижные щетки, которые снимают выработанную электроэнергию и подают ее во внешнюю цепь. В тот момент, когда ЭДС в обмотке меняет свой знак, коллектор переключает щетки к другой паре пластин, благодаря чему в εξωτερней цепи ток сохраняет свое направление, становясь пульсирующим постоянным током.

Ответ: Принцип действия основан на явлении электромагнитной индукции, при котором в обмотке якоря, вращающейся в магнитном поле, индуцируется ЭДС, а коллекторный узел преобразует возникающую переменную ЭДС в постоянную на выходе генератора.

3. Напряжение на выходе генератора (или, точнее, его электродвижущая сила - ЭДС) зависит от трех основных факторов. Это следует из основной формулы ЭДС генератора:
$E = C_E \cdot n \cdot \Phi$
где:
$\text{E}$ — ЭДС, индуцируемая в обмотке якоря, В;
$C_E$ — постоянный коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей генератора (число проводников в обмотке якоря, число пар полюсов, схема соединения обмотки);
$\text{n}$ — частота вращения якоря, об/с или об/мин;
$\Phi$ — магнитный поток одного полюса, Вб.

Таким образом, напряжение на выходе генератора зависит от:
1. Частоты вращения якоря ($\text{n}$): чем выше скорость вращения, тем чаще проводники обмотки пересекают магнитные линии, и тем большее значение ЭДС индуцируется. Напряжение прямо пропорционально скорости вращения.
2. Величины магнитного потока ($\Phi$): магнитный поток создается обмоткой возбуждения, расположенной на полюсах статора. Величина потока, в свою очередь, зависит от силы тока в этой обмотке (тока возбуждения). Увеличивая ток возбуждения, мы усиливаем магнитное поле и, следовательно, повышаем выходное напряжение.
3. Тока нагрузки ($I_a$): выходное напряжение на зажимах генератора ($\text{U}$) всегда несколько меньше его ЭДС ($\text{E}$) из-за внутреннего падения напряжения на сопротивлении обмотки якоря ($R_a$) и щеточного контакта. Это описывается формулой $U = E - I_a \cdot R_a$. Следовательно, при увеличении тока, потребляемого нагрузкой, выходное напряжение генератора немного снижается.

Ответ: Напряжение на выходе генератора зависит от частоты вращения якоря, величины магнитного потока (определяемого током возбуждения) и, в меньшей степени, от тока нагрузки.