Эксперимент, страница 28 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Эксперимент

Проведите наблюдение работы модели индукционного генератора переменного и постоянного тока (рис. 26).

Рис. 26. Модели индукционных генераторов постоянного и переменного тока (динамомашин): 1) щетки; 2) кольца; 3) рамка

В основе работы обоих генераторов лежит явление электромагнитной индукции. При вращении проводящей рамки (3) в магнитном поле постоянного магнита изменяется магнитный поток, пронизывающий эту рамку. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменение магнитного потока $Φ$ приводит к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) индукции $ε$ в рамке:

$ε = - \frac{ΔΦ}{Δt}$

Так как рамка вращается равномерно, индуцируемая в ней ЭДС и, следовательно, ток, изменяются по синусоидальному закону. Это означает, что в самой вращающейся рамке всегда возникает переменный ток. Ключевое различие между моделями заключается в устройстве, которое снимает ток с вращающейся рамки и передает его во внешнюю цепь — к лампочке.

Генератор переменного тока (верхняя схема)

В этой модели концы вращающейся рамки (3) присоединены к двум отдельным сплошным металлическим кольцам (2), которые называются контактными кольцами. Эти кольца вращаются вместе с рамкой. К каждому кольцу прижата неподвижная токосъемная щетка (1). Внешняя цепь с лампочкой подключается к этим щеткам. Поскольку каждая щетка постоянно контактирует только со своим кольцом, то переменный ток, возникающий в рамке, напрямую передается во внешнюю цепь. В течение одного полуоборота ток течет в одном направлении, а в течение другого полуоборота — в противоположном. Таким образом, в цепи с лампочкой протекает переменный ток.

Ответ: Генератор на верхней схеме вырабатывает переменный ток, так как с помощью двух сплошных контактных колец и щеток переменный ток из вращающейся рамки напрямую передается во внешнюю цепь.

Генератор постоянного тока (нижняя схема)

В этой модели вместо двух сплошных колец используется одно кольцо, разделенное на две изолированные друг от друга половины — так называемый коллектор или split-ring commutator. Каждый конец рамки (3) присоединен к своему полукольцу. Щетки (1) расположены так, что в тот момент, когда направление тока в рамке меняется на противоположное (это происходит каждый раз, когда рамка проходит через вертикальное положение, перпендикулярное линиям магнитного поля), щетки переключаются с одного полукольца на другое. В результате этого переключения та щетка, от которой ток уходит во внешнюю цепь, всегда оказывается подключенной к той стороне рамки, в которой ток движется в одном и том же направлении (относительно щетки). Таким образом, хотя ток в самой рамке является переменным, во внешней цепи он всегда течет в одном направлении. Такой ток называется пульсирующим постоянным током.

Ответ: Генератор на нижней схеме вырабатывает пульсирующий постоянный ток, так как коллектор (два полукольца) действует как механический выпрямитель, изменяя подключение к внешней цепи каждый полуоборот и заставляя ток течь в ней всегда в одном направлении.