Номер 935, страница 124 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

935. Почему отключение от питающей сети мощных электродвигателей производят плавно и медленно при помощи реостата?

Обмотки мощных электродвигателей обладают большой индуктивностью. Это связано с тем, что они состоят из катушек, содержащих большое количество витков провода. Ключевым свойством любого элемента с индуктивностью является его способность противодействовать изменению силы тока, протекающего через него. Это явление называется электромагнитной самоиндукцией.

При любом изменении силы тока $I$ в цепи, содержащей индуктивность $L$ (в данном случае — обмотку двигателя), возникает электродвижущая сила (ЭДС) самоиндукции. Её величина определяется формулой:

$\mathcal{E}_{si} = -L \frac{\Delta I}{\Delta t}$

Здесь $\frac{\Delta I}{\Delta t}$ — это скорость изменения силы тока. Знак «минус» указывает на то, что ЭДС самоиндукции всегда направлена так, чтобы противодействовать изменению тока (правило Ленца).

Если попытаться отключить мощный двигатель от сети резко, просто разомкнув цепь выключателем, то сила тока в обмотке должна будет упасть с большого рабочего значения до нуля за очень короткий промежуток времени $\Delta t \to 0$. Это приведёт к тому, что скорость изменения тока $\frac{\Delta I}{\Delta t}$ станет чрезвычайно большой. В соответствии с формулой, в обмотке возникнет огромная ЭДС самоиндукции, которая может в десятки раз превысить напряжение питающей сети.

Столь высокое напряжение способно ионизировать воздух между контактами выключателя в момент их размыкания, что приводит к возникновению мощной и устойчивой электрической дуги. Эта дуга фактически поддерживает ток в цепи, не давая ему прерваться, и при этом обладает очень высокой температурой. Она может расплавить и разрушить контакты выключателя, повредить изоляцию обмоток самого двигателя и стать причиной возгорания.

Чтобы избежать этих разрушительных последствий, отключение производят плавно и медленно при помощи реостата, включенного в цепь последовательно с двигателем. Постепенно увеличивая сопротивление реостата, силу тока в цепи уменьшают медленно. Благодаря этому скорость изменения тока $\frac{\Delta I}{\Delta t}$ остается небольшой, и возникающая ЭДС самоиндукции не достигает опасных значений. После того как ток будет снижен до безопасного минимума, цепь можно полностью разомкнуть без риска возникновения дуги.

Ответ: Плавное и медленное отключение мощных электродвигателей с помощью реостата необходимо для предотвращения возникновения очень большой ЭДС самоиндукции. При резком разрыве цепи возникает огромная ЭДС, способная создать разрушительную электрическую дугу между контактами выключателя. Реостат позволяет плавно снизить ток, благодаря чему ЭДС самоиндукции не достигает опасных значений, и отключение происходит безопасно.