Номер 62.1, страница 217 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

Глава 8. Магнитные и электромагнитные явления. Параграф 62. Переменный ток. Трансформаторы - номер 62.1, страница 217.

Условие.

62.1 [н] Принцип действия электродвигателя постоянного тока представлен на рисунке VIII-22. Какие небольшие изменения надо внести в эту схему, чтобы стало возможным получать переменный ток? Нарисуйте схему с внесёнными изменениями. Какая часть устройства является ротором и какая — статором? Опишите превращения энергии при работе генератора переменного тока такого типа.

Решение.

Решение 4.

Решение 7.

Какие небольшие изменения надо внести в эту схему, чтобы стало возможным получать переменный ток? Нарисуйте схему с внесёнными изменениями.

Чтобы на основе принципа действия электродвигателя постоянного тока создать генератор переменного тока, необходимо внести следующие ключевые изменения:
1. Замена коллектора на контактные кольца. В электродвигателе постоянного тока используется коллектор (расщеплённое на две части кольцо) для изменения направления тока в рамке каждые пол-оборота. Для получения переменного тока коллектор необходимо заменить на два сплошных контактных (скользящих) кольца. Каждый конец вращающейся рамки (обмотки) подключается к своему отдельному кольцу.
2. Изменение источника и потребителя энергии. Вместо источника электрического тока, который питал двигатель, к щёткам подключается внешняя цепь с нагрузкой (например, гальванометр, лампочка). Саму же рамку необходимо приводить во вращение с помощью внешней механической силы (например, вращая рукоятку или с помощью турбины).

Ниже представлена схема простого генератора переменного тока с указанными изменениями.

Ответ: Для превращения электродвигателя постоянного тока в генератор переменного тока необходимо заменить коллектор на сплошные контактные кольца и, вместо подключения источника тока, приводить рамку во вращение внешней силой, снимая индуцированный ток с помощью подключённой к щёткам нагрузки.

Какая часть устройства является ротором и какая — статором?

В любой электрической машине, в том числе и в генераторе, принято выделять подвижную и неподвижную части.

Ротор (от лат. roto — «вращаюсь») — это вращающаяся часть устройства. В рассматриваемом генераторе ротором является рамка с обмоткой (якорь), которая приводится во вращение в магнитном поле.

Статор (от лат. stator — «стоящий») — это неподвижная часть устройства. Статором является постоянный магнит, который создаёт стационарное магнитное поле, необходимое для явления электромагнитной индукции.

Ответ: Ротор — вращающаяся рамка с обмоткой; статор — неподвижный магнит.

Опишите превращения энергии при работе генератора переменного тока такого типа.

В основе работы генератора лежит преобразование одного вида энергии в другой. Основная цепочка превращений энергии следующая:

1. Внешняя сила (например, сила потока воды на лопасти турбины) совершает механическую работу, вращая ротор генератора. Таким образом, в процесс вкладывается механическая энергия.

2. При вращении рамки в магнитном поле изменяется магнитный поток $ \Phi $, пронизывающий её контур. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, это изменение порождает в рамке электродвижущую силу (ЭДС индукции), которая определяется скоростью изменения потока: $ \mathcal{E}_{i} = -\frac{d\Phi}{dt} $.

3. Возникшая ЭДС создаёт в замкнутой цепи (рамка и внешняя нагрузка) переменный электрический ток. Протекание тока означает, что в цепи появилась электрическая энергия.

Следовательно, главное энергетическое превращение в генераторе — это преобразование механической энергии вращения в электрическую энергию. Кроме того, существуют неизбежные потери энергии: часть механической энергии переходит в тепловую из-за трения, а часть электрической энергии переходит в тепловую из-за нагрева проводников током (согласно закону Джоуля-Ленца).

Ответ: Основное превращение энергии в генераторе переменного тока — это преобразование механической энергии во вращающейся рамке в электрическую энергию в цепи.