Задание 1, страница 29 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 1

1. Укажите на рисунке 26 модели индукционных генераторов постоянного и переменного тока. Назовите основное различие моделей.

2. Назовите основные части генератора индукционного тока.

3. Поясните принцип действия генератора индукционного тока.

1. Укажите на рисунке 26 модели индукционных генераторов постоянного и переменного тока. Назовите основное различие моделей.

Так как изображение «рисунок 26» не представлено, опишем общие модели генераторов, которые обычно иллюстрируют в учебных материалах.

Модель генератора переменного тока: На такой модели показана вращающаяся в магнитном поле проводящая рамка (ротор). Концы этой рамки присоединены к двум отдельным, сплошным металлическим кольцам (контактным кольцам). Эти кольца вращаются вместе с рамкой. К каждому кольцу прижата неподвижная токосъемная щетка, через которую индуцированный переменный ток поступает во внешнюю электрическую цепь.

Модель генератора постоянного тока: В этой модели также есть вращающаяся в магнитном поле рамка. Однако ее концы присоединены не к сплошным кольцам, а к двум изолированным друг от друга медным полукольцам, которые образуют коллектор (или коммутатор). Щетки прижаты к коллектору таким образом, что в момент смены направления тока в рамке (каждые пол-оборота) они переходят с одного полукольца на другое. Это обеспечивает выпрямление тока, и во внешней цепи ток течет в одном направлении, хотя и является пульсирующим.

Основное различие моделей: Ключевое конструктивное различие заключается в устройстве токосъемного узла. Генератор переменного тока использует два сплошных контактных кольца, в то время как генератор постоянного тока использует коллектор, состоящий из двух полуколец (коммутатор).

Ответ: Основное различие моделей заключается в конструкции токосъемника: у генератора переменного тока это два сплошных контактных кольца, а у генератора постоянного тока — коллектор (коммутатор), состоящий из двух изолированных полуколец.

2. Назовите основные части генератора индукционного тока.

Любой индукционный генератор состоит из следующих основных частей:

• Статор — неподвижная часть генератора, которая создает магнитное поле. В простейших моделях это постоянный магнит с двумя полюсами (северным и южным). В промышленных генераторах — это электромагнит, состоящий из корпуса и обмотки возбуждения.
• Ротор (или якорь) — вращающаяся часть генератора. Представляет собой одну или несколько катушек (обмоток) из проводящего материала, намотанных на сердечник. Именно в обмотке ротора при его вращении в магнитном поле индуцируется электродвижущая сила (ЭДС).
• Токосъемный узел — устройство, предназначенное для передачи электрического тока от вращающегося ротора к неподвижным контактам внешней цепи. Его конструкция определяет тип генератора (переменного или постоянного тока). Это могут быть либо контактные кольца, либо коллектор-коммутатор.
• Щетки — неподвижные проводящие элементы (чаще всего графитовые), которые находятся в постоянном скользящем контакте с вращающимся токосъемным узлом и обеспечивают электрическое соединение с внешней цепью.

Ответ: Основные части индукционного генератора: статор (создает магнитное поле), ротор/якорь (вращающаяся обмотка, в которой возникает ток), токосъемный узел (контактные кольца или коллектор) и щетки (для съема тока).

3. Поясните принцип действия генератора индукционного тока.

Принцип действия индукционного генератора основан на явлении электромагнитной индукции, которое было открыто Майклом Фарадеем. Суть явления заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

Процесс преобразования механической энергии в электрическую выглядит следующим образом:

1. Проводящая рамка (ротор) приводится во вращение в магнитном поле статора с помощью внешней механической силы (например, вращением турбины на электростанции).
2. При вращении рамки постоянно меняется угол между плоскостью рамки и линиями магнитной индукции. Это приводит к непрерывному изменению магнитного потока ($ \Phi $) через площадь, охватываемую рамкой.
3. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменение магнитного потока во времени индуцирует в рамке электродвижущую силу (ЭДС): $ E = - \frac{d\Phi}{dt} $. Знак "минус" отражает правило Ленца, согласно которому индукционный ток всегда имеет такое направление, что его собственное магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.
4. Если рамка подключена к внешней цепи, то под действием индуцированной ЭДС в цепи возникает электрический ток.
5. За один полный оборот рамки (360°) направление индуцированного в ней тока меняется дважды. Это связано с тем, что каждая из сторон рамки поочередно пересекает магнитные линии то в одном, то в другом направлении. Таким образом, в самой рамке всегда возникает переменный ток.
6. Дальнейшая судьба этого тока зависит от конструкции токосъемного узла: если используются контактные кольца, то во внешнюю цепь поступает переменный ток; если используется коллектор-коммутатор, то ток во внешней цепи становится пульсирующим, но постоянным по направлению.

Ответ: Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции. При вращении проводящей рамки в магнитном поле происходит изменение пронизывающего ее магнитного потока, что приводит к возникновению (индукции) электродвижущей силы и электрического тока в цепи. Таким образом, механическая энергия вращения преобразуется в электрическую.