Номер 7, страница 144, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава IV. Электромагнитные явления. Параграф 24. Сила Ампера. Сила Лоренца - номер 7, страница 144.

Условие.

7. Прочитайте следующий текст и выполните задания к нему.

Действие электроизмерительных приборов основано на рассмотренном выше повороте рамки с током в магнитном поле.

Рассмотрим схему устройства одного из таких приборов (рис. 24.6). Проволочную рамку прикрепляют к цилиндру из диэлектрика и помещают между полюсами магнита. Если включить ток в рамке, она начнёт поворачиваться, в результате чего прикреплённая к ней стрелка будет двигаться вдоль шкалы прибора. Прикреплённая к оси цилиндра пружинка возвращает стрелку прибора к нулевому положению шкалы, когда ток в рамке отсутствует.

Рис. 24.6

Поворот рамки с током в магнитном поле лежит также в основе действия электродвигателей. В разработке первых промышленных электродвигателей принимал активное участие русский учёный Б. С. Якоби.

Для работы электродвигателя необходимо, чтобы рамка с током вращалась в одном направлении. Для этого надо при прохождении рамкой положения равновесия изменять направление тока на противоположное.¹

Кроме того, необходимо, чтобы при постоянном вращении рамки в одном направлении не закручивались провода, подводящие к рамке ток.

Обе эти проблемы решает устройство, называемое коллектором. Он состоит из двух металлических полуколец, припаянных к сторонам рамки (рис. 24.7, а). Ток к полукольцам подводят с помощью скользящих контактов, которые называют щётками.

Рис. 24.7

Для увеличения мощности электродвигателя используют не одну рамку с током, а много таких рамок. Их располагают на вращающейся части электродвигателя, которую называют ротором (рис. 24.7, б). Как вы видите, коллектор электродвигателя (в ближней к нам части фотографии) состоит не из двух полуколец, а из большого числа пластинок.

Магнит, создающий магнитное поле, в котором вращаются рамки, находится в неподвижной части электродвигателя, которую называют статором.

Область применения электродвигателей сегодня чрезвычайно широка. Электродвигатели встроены во многие электроприборы, которыми вы пользуетесь каждый день: холодильники, стиральные машины, пылесосы, кофемолки, вентиляторы, кондиционеры. Электродвигатели широко используются в промышленности: они есть в станках, насосах, конвейерах. Без электродвигателей невозможно представить современный транспорт: они используются в метро, электричках, электромобилях, лифтах, эскалаторах.

а) Почему при включении тока рамка электроизмерительного прибора поворачивается?

б) Благодаря чему стрелка электроизмерительного прибора возвращается в нулевое положение при отсутствии тока?

в) Какой русский учёный участвовал в разработке первых промышленных электродвигателей?

г) Почему для работы электродвигателя необходимо, чтобы рамка вращалась всё время в одном направлении?

д) Какие проблемы и каким образом решает коллектор в электродвигателе?

е) С какой целью увеличивают число рамок в электродвигателе?

Решение.

а) Почему при включении тока стрелка электроизмерительного прибора поворачивается?

Стрелка электроизмерительного прибора поворачивается, потому что она механически связана с проволочной рамкой, находящейся в магнитном поле постоянного магнита. Когда по рамке начинает течь электрический ток, на её стороны, перпендикулярные линиям магнитной индукции, начинает действовать сила Ампера. Эти силы создают вращающий момент, который поворачивает рамку вместе с прикреплённой к ней стрелкой. Величина этого момента пропорциональна силе тока, что позволяет использовать угол поворота стрелки для измерения силы тока. Ответ:

б) Благодаря чему стрелка электроизмерительного прибора возвращается в нулевое положение при отсутствии тока?

Стрелка прибора возвращается в нулевое положение благодаря упругой пружине, прикреплённой к оси рамки. Когда ток в рамке отсутствует, сила Ампера и, соответственно, вращающий момент исчезают. В этот момент сила упругости пружины, которая была закручена при повороте рамки, возвращает рамку и связанную с ней стрелку в исходное, нулевое положение. Ответ:

в) Какой русский учёный участвовал в разработке первых промышленных электродвигателей?

Согласно тексту, в разработке первых промышленных электродвигателей принимал активное участие русский учёный Б. С. Якоби. Ответ:

г) Почему для работы электродвигателя необходимо, чтобы рамка вращалась всё время в одном направлении?

Для выполнения полезной работы вал электродвигателя должен вращаться непрерывно в одном направлении. Направление силы Ампера, создающей вращающий момент, зависит от направления тока в рамке. Если бы направление тока не менялось, то после прохождения рамкой положения равновесия (поворота на 180 градусов) направление вращающего момента изменилось бы на противоположное. Это привело бы к тому, что рамка стала бы тормозиться и пытаться вращаться обратно, то есть совершала бы колебательные движения, а не непрерывное вращение. Ответ:

д) Какие проблемы и каким образом решает коллектор в электродвигателе?

Коллектор в электродвигателе решает две основные проблемы.

1. Обеспечение непрерывного вращения в одном направлении. Коллектор представляет собой разделённое на две части кольцо (полукольца), к которым припаяны концы рамки. Через неподвижные контакты-щётки к полукольцам подводится ток. При каждом полуобороте рамки полукольца меняются местами под щётками, что приводит к автоматическому изменению направления тока в рамке. Это позволяет сохранять направление вращающего момента постоянным, заставляя рамку непрерывно вращаться в одну сторону.

2. Предотвращение закручивания проводов. Так как ток к вращающейся рамке подаётся через скользящие контакты (щётки, прижатые к коллектору), это позволяет ротору свободно вращаться, в то время как провода от источника питания остаются неподвижными и не перекручиваются.

Ответ:

е) С какой целью увеличивают число рамок в электродвигателе?

Число рамок (обмоток) в роторе электродвигателя увеличивают с целью увеличения его мощности. Каждая рамка с током вносит свой вклад в суммарный вращающий момент. Большее количество рамок, расположенных под углом друг к другу, создаёт больший и, что не менее важно, более равномерный вращающий момент. Это приводит к более плавному и стабильному вращению вала двигателя и позволяет ему развивать большую мощность. Ответ: