Номер 5, страница 165, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава IV. Электромагнитные явления. Параграф 26. Производство и передача электроэнергии - номер 5, страница 165.

Условие.

5. Опишите принцип работы генератора постоянного тока, используя рисунок 26.1.

Решение.

Принцип работы генератора постоянного тока основан на явлении электромагнитной индукции. Согласно этому явлению, при изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый проводящий контур, в этом контуре возникает электрический ток. Для описания работы генератора рассмотрим его основные части. Поскольку рисунок 26.1 не предоставлен, приводится общее описание принципа работы.

Основные компоненты генератора постоянного тока:

1. Индуктор (статор): неподвижная часть, создающая постоянное магнитное поле. Это могут быть постоянные магниты или электромагниты. Магнитное поле направлено от северного полюса (N) к южному (S).

2. Якорь (ротор): вращающаяся часть, состоящая из сердечника и обмотки. В простейшем случае это одна проводящая рамка, которая вращается в магнитном поле под действием внешней механической силы.

3. Коллектор (коммутатор): специальное устройство, предназначенное для преобразования переменного тока, индуцируемого в обмотке якоря, в постоянный (пульсирующий) ток во внешней цепи. В простейшей модели он представляет собой два изолированных друг от друга медных полукольца, к каждому из которых присоединен конец рамки.

4. Щетки: неподвижные контакты (обычно графитовые), которые прижаты к вращающемуся коллектору и служат для отвода электрического тока от якоря во внешнюю цепь.

Процесс работы:

Когда якорь (рамка) приводится во вращение внешней силой в магнитном поле, его стороны пересекают магнитные силовые линии. В соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея, в проводниках рамки индуцируется электродвижущая сила (ЭДС). Величина ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего рамку: $ \mathcal{E} = - \frac{d\Phi_B}{dt} $. Направление индуцированного тока можно определить по правилу правой руки.

За один полный оборот рамки направление тока в ней меняется дважды. Таким образом, в самой вращающейся рамке возникает переменный ток. Роль коллектора заключается в том, чтобы "выпрямить" этот ток. Щетки расположены так, что в тот момент, когда направление ЭДС в рамке меняется на противоположное, они переходят с одного полукольца коллектора на другое. В результате этого переключения направление тока во внешней цепи, подключенной к щеткам, остается неизменным. Ток на выходе генератора является пульсирующим – его величина периодически изменяется от нуля до максимума, но направление сохраняется.

Для получения более стабильного, почти постоянного тока в реальных генераторах используют якорь с большим количеством обмоток, расположенных под углом друг к другу, и коллектор, состоящий из соответствующего числа пластин. Это позволяет сгладить пульсации, так как ЭДС в разных обмотках достигают максимума в разное время, и их суммарная ЭДС оказывается практически постоянной.

Ответ: Генератор постоянного тока работает на основе явления электромагнитной индукции: в проводящей рамке (якоре), вращающейся в магнитном поле, создаваемом индуктором, индуцируется переменная ЭДС. Специальное устройство — коллектор со щетками — действует как механический выпрямитель, переключая контакты с рамкой каждые пол-оборота. В результате этого во внешней цепи течет ток одного направления, хотя и пульсирующий по величине. Таким образом, механическая энергия вращения преобразуется в электрическую энергию постоянного тока.