Номер 30, страница 152, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава IV. Электромагнитные явления. Параграф 24. Сила Ампера. Сила Лоренца - номер 30, страница 152.

Условие.

30. Изготовьте модель электродвигателя, используя пальчиковую батарейку, маленький неодимовый магнит и медную проволоку. При необходимости воспользуйтесь Интернетом.

Решение.

Для изготовления простейшей модели электродвигателя, известного как униполярный (или гомополярный) двигатель, следуйте приведенной ниже инструкции.

Необходимые материалы:

1. Пальчиковая батарейка (тип АА или ААА, 1.5 В).

2. Несколько небольших круглых неодимовых магнитов (в форме таблетки или диска). Их диаметр должен быть немного больше диаметра батарейки, чтобы проволока могла с ними контактировать.

3. Медная проволока без изоляции, сечением 1–1.5 мм, длиной около 15–20 см.

4. Плоскогубцы для изгибания проволоки.

Пошаговая инструкция по сборке:

1. Подготовка основания: Соедините несколько неодимовых магнитов вместе и прикрепите их к плоскому отрицательному контакту (-) пальчиковой батарейки. Магниты должны надежно удерживаться на батарейке. Установите эту конструкцию вертикально на ровную неметаллическую поверхность.

2. Формирование ротора: С помощью плоскогубцев согните медную проволоку. Форма может быть разной, главное — соблюсти два условия: симметрия для баланса и правильные точки контакта. Популярные формы — сердечко, прямоугольная рамка или спираль.
• Верхняя часть проволочной фигуры должна иметь небольшое углубление или колечко, которое будет опираться на положительный контакт (+) батарейки (небольшой выступ сверху). Это будет верхняя точка опоры.
• Нижние концы проволоки должны быть разведены в стороны и слегка касаться боковой поверхности верхнего магнита. Важно, чтобы контакт был легким, не создающим большого трения.
• Фигура должна быть симметричной относительно центральной оси, чтобы она не падала при вращении.

3. Сборка двигателя: Аккуратно наденьте получившуюся проволочную фигуру на батарейку. Верхнее углубление должно лечь на положительный полюс, а нижние концы — коснуться магнита. Если все сделано правильно, проволока начнет быстро вращаться вокруг батарейки.

Внимание: Эта модель представляет собой, по сути, короткое замыкание, поэтому батарейка будет быстро разряжаться и может сильно нагреться. Не оставляйте конструкцию работать надолго и будьте осторожны.

Принцип работы:

В основе работы этого двигателя лежит сила Лоренца, действующая на проводник с током в магнитном поле.

1. Электрическая цепь: Когда проволока касается обоих полюсов (напрямую положительного и опосредованно, через магнит, отрицательного), замыкается электрическая цепь. Электрический ток $\text{I}$ начинает течь от положительного полюса батарейки, проходит через проволоку к магниту.

2. Взаимодействие тока и магнитного поля: Неодимовый магнит создает сильное магнитное поле $\vec{B}$, силовые линии которого направлены перпендикулярно плоскости магнита (вдоль оси батарейки). Ток в нижней части проволоки, где она касается магнита, течет примерно радиально (от центра к краю или наоборот, в зависимости от полюса магнита). Вектор тока $\vec{L}$ и вектор магнитной индукции $\vec{B}$ оказываются взаимно перпендикулярны.

3. Сила Лоренца: На участок проводника с током, находящийся в магнитном поле, действует сила Лоренца, которая определяется векторным произведением: $\vec{F} = I(\vec{L} \times \vec{B})$. Согласно правилу левой руки (или правилу векторного произведения), эта сила направлена перпендикулярно и току, и магнитному полю. В нашем случае она оказывается направленной по касательной к магниту.

4. Вращение: Так как сила Лоренца приложена к краям проволочной рамки и направлена тангенциально, она создает вращающий момент. Поскольку рамка симметрична, силы с обеих сторон действуют в одном направлении вращения, заставляя ротор (проволоку) непрерывно двигаться вокруг оси.

Ответ: Вышеописанная пошаговая инструкция по сборке, а также объяснение принципа работы являются развернутым решением задачи по изготовлению модели электродвигателя из указанных материалов.