Номер 59.16, страница 211 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 59. Магнитное поле проводника с током. Глава 8. Магнитные и электромагнитные явления - номер 59.16, страница 211.

59.16 [1468] На рисунке VIII-12 изображена схема автоматического электромагнитного предохранителя. Стрелкой показано направление тока. Буквами обозначено: M — электромагнит; Я — якорь; П — пружины; P — рычаг. Рассмотрите рисунок. Объясните действие такого электромагнитного выключателя.

Рис. VIII-12

Данное устройство представляет собой автоматический электромагнитный выключатель (или предохранитель), предназначенный для защиты электрической цепи от токов перегрузки и короткого замыкания. Его работа основана на использовании магнитного поля, создаваемого током, для приведения в действие механизма размыкания цепи. Принцип действия можно описать, рассмотрев два состояния: нормальный режим работы и режим перегрузки.

Принцип действия в нормальном режиме (верхний рисунок)

В нормальном режиме работы электрический ток, протекающий по цепи, имеет номинальное (допустимое) значение. Ток проходит через катушку электромагнита М и через контакты, замкнутые рычагом Р. Магнитное поле, создаваемое электромагнитом М, оказывается недостаточно сильным, чтобы преодолеть силу упругости пружины П, которая оттягивает якорь Я от сердечника электромагнита. Таким образом, якорь остается неподвижным, рычаг Р зафиксирован в замкнутом положении, и цепь работает в штатном режиме.

Принцип действия при перегрузке или коротком замыкании (нижний рисунок)

Когда в цепи возникает перегрузка или короткое замыкание, сила тока резко возрастает. Поскольку сила электромагнитного притяжения пропорциональна силе тока, протекающего через катушку ($F_{магн} \propto I$), магнитное поле электромагнита М становится очень сильным. Сила притяжения якоря Я к электромагниту превышает силу сопротивления пружины П. В результате якорь Я резко притягивается к электромагниту.

Движение якоря приводит в действие спусковой механизм (защелку), который освобождает рычаг Р. После освобождения рычаг Р под действием другой, более мощной, пружины П резко поворачивается, размыкая электрические контакты. Цепь разрывается, и ток прекращается. Это защищает электропроводку и подключенные к ней устройства от повреждения из-за чрезмерно высокого тока.

Для возобновления работы цепи необходимо сначала устранить причину перегрузки, а затем вручную вернуть рычаг Р в исходное (включенное) положение, тем самым снова замкнув контакты и взведя механизм.

Ответ: Принцип действия выключателя основан на зависимости силы электромагнита от силы тока. В нормальном режиме ток не настолько велик, чтобы электромагнит М смог притянуть якорь Я, удерживаемый пружиной П. При коротком замыкании или перегрузке ток резко возрастает, сила электромагнита становится достаточной, чтобы притянуть якорь. Якорь, в свою очередь, освобождает рычаг Р, который под действием другой пружины П размыкает цепь, прекращая подачу тока и защищая сеть.