Номер 2, страница 162, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава IV. Электромагнитные явления. Параграф 26. Производство и передача электроэнергии - номер 2, страница 162.

Условие.

2. Объясните, почему благодаря использованию полуколец коллектора направление индукционного тока в рамке не изменяется.

Решение.

Данный вопрос содержит фундаментальную неточность. На самом деле, благодаря использованию полуколец коллектора направление индукционного тока во внешней цепи не изменяется, в то время как направление тока в самой рамке как раз периодически меняется на противоположное.

Рассмотрим работу генератора постоянного тока, чтобы понять роль коллектора.

Возникновение переменного тока в рамке

Когда проводящая рамка вращается в постоянном магнитном поле, магнитный поток $ \Phi_B $ через нее непрерывно изменяется. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, это изменение потока создает в рамке электродвижущую силу (ЭДС): $ \mathcal{E} = -\frac{d\Phi_B}{dt} $. Эта ЭДС и вызывает индукционный ток. Направление тока можно определить по правилу правой руки. За один полный оборот рамки ($360^\circ$) направление индукционного тока в ней дважды меняется на противоположное. Это происходит в моменты, когда плоскость рамки проходит положение, перпендикулярное линиям магнитной индукции. Таким образом, в самой вращающейся рамке генерируется переменный ток.

Роль коллектора

Коллектор, состоящий из двух изолированных друг от друга полуколец, к которым припаяны концы рамки, вращается вместе с ней. К коллектору прижаты неподвижные токосъемные щетки, которые подключены к внешней цепи. Функция коллектора — это механическое выпрямление переменного тока, генерируемого в рамке. В тот самый момент, когда направление тока в рамке должно измениться на обратное, полукольца коллектора меняются местами под щетками. То полукольцо, которое было подключено к положительной щетке, подключается к отрицательной, и наоборот.

Благодаря этой синхронной коммутации, к одной из щеток (положительной) всегда подводится ток от той стороны рамки, которая движется в одном направлении относительно поля (например, вверх), а к другой щетке (отрицательной) — от той стороны, которая движется в противоположном направлении (вниз). В результате во внешней цепи ток, хоть и пульсирующий по величине, течет всегда в одном направлении.

Таким образом, коллектор не предотвращает изменение направления тока в рамке, а использует это изменение для создания тока постоянного направления во внешней нагрузке.

Ответ: Утверждение в вопросе некорректно. Направление индукционного тока в рамке, вращающейся в магнитном поле, периодически изменяется. Коллектор с полукольцами является механическим выпрямителем, который переключает подключение рамки к внешней цепи в момент смены направления тока в ней. Это обеспечивает протекание тока во внешней цепи только в одном направлении.