Номер 6, страница 15 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вспомните принцип действия электродвигателя.

Решение

Принцип действия электродвигателя основан на явлении электромагнитного взаимодействия, а именно на возникновении силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле. Эта сила называется силой Ампера. Она преобразует электрическую энергию в механическую энергию вращения.

Рассмотрим устройство и работу простейшего электродвигателя постоянного тока. Он состоит из следующих основных частей:

• Статор: неподвижная часть, создающая постоянное магнитное поле. В простых двигателях это постоянный магнит (с северным и южным полюсами), а в более мощных — электромагнит.
• Ротор (якорь): подвижная часть, представляющая собой катушку с проволочной обмоткой, которая может вращаться вокруг своей оси. Когда по катушке пропускают электрический ток, она сама становится электромагнитом.
• Коллектор: специальное устройство в виде набора медных пластин, изолированных друг от друга. Коллектор вращается вместе с ротором и служит для переключения направления тока в обмотке ротора.
• Щетки: неподвижные контакты (обычно графитовые), которые прижимаются к коллектору и подают электрический ток от источника к обмотке ротора.

Процесс работы можно описать пошагово:

1. Через щетки и коллектор на обмотку ротора (катушку) подается электрический ток.
2. Катушка с током находится в магнитном поле статора. Согласно закону Ампера, на стороны катушки, по которым течет ток, начинают действовать силы. Направление этих сил определяется по правилу левой руки.
3. Сила Ампера, действующая на проводник длиной $L$ с током $I$ в магнитном поле с индукцией $B$, вычисляется по формуле: $F_A = I \cdot B \cdot L \cdot \sin(\alpha)$, где $\alpha$ — угол между направлением тока и вектором магнитной индукции.
4. Эти силы, приложенные к противоположным сторонам катушки, направлены в разные стороны и создают вращающий момент (пару сил), который заставляет ротор поворачиваться.
5. Когда ротор поворачивается на 180 градусов (делает полоборота), каждая щетка переходит с одной пластины коллектора на другую. В результате направление тока в катушке меняется на противоположное.
6. Смена направления тока приводит к тому, что направление сил Ампера, действующих на стороны катушки, также меняется таким образом, чтобы вращающий момент продолжал действовать в том же направлении. Ротор продолжает вращаться.
7. Этот процесс непрерывно повторяется, обеспечивая постоянное вращение ротора. Таким образом, электрическая энергия, подаваемая на двигатель, преобразуется в механическую энергию вращения.

Ответ:

Принцип действия электродвигателя основан на силовом взаимодействии магнитного поля и проводника с током (сила Ампера). Вращающий момент, приводящий в движение ротор двигателя, возникает в результате взаимодействия магнитного поля статора (неподвижной части) и магнитного поля ротора (вращающейся катушки с током). Чтобы вращение было непрерывным и происходило в одном направлении, специальное устройство — коллектор со щетками — периодически изменяет направление тока в катушке ротора. В результате происходит преобразование электрической энергии в механическую.