Задание 1, страница 24 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 1

1. Укажите на рисунке 14 модели постоянного и переменного тока. Назовите основное различие моделей.

2. Назовите основные части генератора индукционного тока.

3. Поясните принцип действия генератора индукционного тока.

Рис. 14. Модели индукционных генераторов постоянного и переменного тока (динамомашин): 1) щетки; 2) кольца; 3) рамка

1. Укажите на рисунке 14 модели постоянного и переменного тока. Назовите основное различие моделей.

На рисунке 14 представлены две модели генераторов электрического тока.

Верхняя модель является генератором переменного тока. В этом генераторе концы вращающейся рамки (3) присоединены к двум сплошным контактным кольцам (2). Каждое кольцо с помощью щетки (1) соединено со своей частью внешней цепи. При вращении рамки в магнитном поле направление индуцированного тока в ней меняется каждые пол-оборота, что приводит к изменению направления тока и во внешней цепи.

Нижняя модель является генератором постоянного тока. В отличие от генератора переменного тока, здесь используется не два сплошных кольца, а одно, разделенное на две изолированные друг от друга половины — это так называемый коллектор (или полукольца). Каждая щетка поочередно соприкасается то с одним, то с другим полукольцом. В тот момент, когда направление тока в рамке должно измениться, щетки переходят с одного полукольца на другое. В результате во внешней цепи направление тока остается неизменным, хотя его величина и пульсирует.

Основное различие моделей заключается в устройстве коллектора — узла, который снимает ток с вращающейся рамки. В генераторе переменного тока используются сплошные контактные кольца, а в генераторе постоянного тока — коллектор в виде двух изолированных полуколец.

Ответ: Верхняя модель на рисунке — генератор переменного тока, нижняя — генератор постоянного тока. Основное различие — в конструкции коллектора: у генератора переменного тока это два сплошных кольца, у генератора постоянного тока — два полукольца (коллектор).

2. Назовите основные части генератора индукционного тока.

Основные части индукционного генератора (динамомашины), показанные на модели:

• Индуктор — часть, создающая магнитное поле. На рисунке это постоянный магнит с полюсами N и S. В промышленных генераторах это обычно электромагнит. Индуктор является неподвижной частью — статором.
• Якорь (или ротор) — подвижная часть, в которой индуцируется ЭДС. На рисунке это рамка (3), вращающаяся в магнитном поле.
• Коллектор (токосъемный узел) — устройство для передачи выработанного тока во внешнюю цепь. Он состоит из контактных колец (2) (сплошных или полуколец) и щеток (1), прижатых к ним.

Ответ: Основные части генератора: индуктор (магнит, создающий поле), якорь (вращающаяся рамка или обмотка) и коллектор со щетками (токосъемный узел).

3. Поясните принцип действия генератора индукционного тока.

Принцип действия генератора индукционного тока основан на явлении электромагнитной индукции. Это явление заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

В генераторе проводящая рамка (якорь) вращается в магнитном поле, создаваемом магнитом (индуктором). При вращении рамки изменяется угол между плоскостью рамки и линиями магнитной индукции. Это приводит к непрерывному изменению магнитного потока ($ \Phi $) через площадь, охватываемую рамкой. Согласно закону Фарадея, изменение магнитного потока вызывает появление в рамке электродвижущей силы (ЭДС индукции), которая, в свою очередь, создает индукционный ток, если цепь замкнута. Величина ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока: $E_{i} = - \frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$.

Таким образом, механическая энергия, затрачиваемая на вращение рамки, преобразуется в электрическую энергию. Ток через щетки и коллектор поступает во внешнюю цепь (например, к лампочке, которая начинает светиться).

Ответ: Принцип действия генератора основан на явлении электромагнитной индукции. При вращении проводящей рамки в магнитном поле происходит изменение пронизывающего её магнитного потока, что приводит к возникновению в рамке электрического тока. Механическая энергия вращения преобразуется в электрическую.