Номер 60.18, страница 215 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

Глава 8. Магнитные и электромагнитные явления. Параграф 60. Действие магнитного поля на проводник с током и движущиеся заряды - номер 60.18, страница 215.

Условие.

60.18[н] На рисунке VIII-22 представлен принцип действия двигателя постоянного тока. Существенным преимуществом такого двигателя является возможность плавной регулировки числа оборотов вала. Предложите простое известное вам устройство для осуществления этой возможности.

Решение.

Решение 4.

Решение 7.

60.18 [н]

Для плавной регулировки числа оборотов вала двигателя постоянного тока можно использовать простое и широко известное устройство — реостат. Реостат представляет собой резистор с переменным сопротивлением, который включается в электрическую цепь двигателя.

Решение

Принцип работы двигателя постоянного тока основан на том, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера, создающая вращающий момент. Скорость вращения вала двигателя напрямую зависит от величины силы тока в его обмотке якоря и приложенного напряжения.

Скорость вращения вала $\omega$ (угловая скорость) определяется балансом между вращающим моментом двигателя $M$ и моментом нагрузки. Вращающий момент пропорционален силе тока $I$ в обмотке якоря: $M \propto I$.

Когда якорь двигателя вращается в магнитном поле, в его обмотке возникает противо-ЭДС (электродвижущая сила индукции) $E_{противо-ЭДС}$, которая направлена навстречу напряжению источника питания $U$. Для цепи якоря справедливо уравнение: $U = I \cdot R_я + E_{противо-ЭДС}$ где $R_я$ — сопротивление обмотки якоря.

Величина противо-ЭДС пропорциональна скорости вращения вала: $E_{противо-ЭДС} = k \cdot \omega$, где $k$ — конструктивный коэффициент двигателя.

Для регулировки скорости вращения в цепь двигателя последовательно с якорем включают реостат с регулируемым сопротивлением $R_{реост}$. Тогда общее сопротивление цепи становится $R_{общ} = R_я + R_{реост}$. Сила тока в цепи, согласно закону Ома, будет равна: $I = \frac{U - E_{противо-ЭДС}}{R_я + R_{реост}}$

Из этой формулы видно, что при увеличении сопротивления реостата $R_{реост}$, при прочих равных условиях, сила тока $I$ в цепи уменьшается. Уменьшение силы тока приводит к снижению вращающего момента двигателя. Для восстановления баланса с моментом нагрузки двигатель снижает скорость вращения $\omega$, что, в свою очередь, уменьшает противо-ЭДС, пока не установится новый равновесный режим на более низкой скорости.

И наоборот, при уменьшении сопротивления реостата $R_{реост}$ сила тока $I$ возрастает, что приводит к увеличению вращающего момента и, как следствие, к увеличению скорости вращения вала.

Таким образом, плавно перемещая ползунок реостата, можно плавно изменять сопротивление в цепи, регулируя тем самым силу тока и, соответственно, скорость вращения вала двигателя.

Ответ: Простым устройством для плавной регулировки числа оборотов вала двигателя постоянного тока является реостат, включенный последовательно в цепь якоря двигателя.