Номер 20.20, страница 98 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 20. Магнитные взаимодействия. Магнитное поле - номер 20.20, страница 98.

Условие.

20.20. Где используют вращение рамки с током в магнитном поле? Приведите примеры.

Решение.

Вращение рамки с током в магнитном поле основано на явлении возникновения вращающего момента, действующего на замкнутый контур с током в магнитном поле. На противоположные стороны рамки, по которым течет ток, действуют силы Ампера. Эти силы равны по величине и противоположны по направлению, образуя пару сил, которая и создает вращающий момент $\text{M}$. Его величина определяется формулой: $M = I \cdot S \cdot B \cdot \sin(\alpha)$, где $\text{I}$ — сила тока в рамке, $\text{S}$ — площадь рамки, $\text{B}$ — индукция магнитного поля, а $\alpha$ — угол между вектором магнитной индукции и нормалью (перпендикуляром) к плоскости рамки. Этот эффект является основой преобразования электрической энергии в механическую энергию вращательного движения и используется во многих устройствах.

Основные примеры использования этого явления:

Электродвигатели постоянного тока
Это наиболее важное и широкое применение данного принципа. В электродвигателе якорь (ротор), представляющий собой одну или множество рамок (обмоток), вращается в магнитном поле, создаваемом статором (постоянными магнитами или электромагнитами). Для обеспечения непрерывного вращения в одном направлении используется коллектор — устройство, которое меняет направление тока в обмотке якоря каждые пол-оборота. Благодаря этому вращающий момент постоянно действует в одну сторону. Электродвигатели являются сердцем множества механизмов: от бытовой техники (вентиляторы, блендеры, стиральные машины) и детских игрушек до промышленных станков, электромобилей и электропоездов.

Электроизмерительные приборы магнитоэлектрической системы
К таким приборам относятся аналоговые (стрелочные) амперметры, вольтметры и гальванометры. Их рабочий элемент — легкая рамка с катушкой из тонкого провода, размещенная между полюсами сильного постоянного магнита. Когда через катушку проходит измеряемый ток, на нее начинает действовать вращающий момент, который стремится повернуть рамку. Этому повороту противодействует спиральная пружина, создающая упругий момент. В итоге рамка поворачивается на угол, прямо пропорциональный силе тока. Связанная с рамкой стрелка перемещается по шкале, проградуированной в амперах, вольтах или других единицах.

Громкоговорители (динамики)
Хотя в громкоговорителе не происходит полного вращения, принцип действия тот же. Звуковая катушка, жестко соединенная с диффузором, находится в радиальном магнитном поле постоянного магнита. При подаче на катушку переменного электрического тока (звукового сигнала) на нее действует переменная сила Ампера, заставляющая катушку и диффузор совершать колебания вдоль оси. Эти колебания передаются окружающему воздуху, создавая звуковые волны. Таким образом, электрические колебания преобразуются в механические колебания и затем в звук.

Ответ: Вращение рамки с током в магнитном поле используется в электродвигателях постоянного тока для преобразования электрической энергии в механическую, в стрелочных электроизмерительных приборах (амперметрах, вольтметрах, гальванометрах) для измерения электрических величин, а также в устройствах типа громкоговорителей для преобразования электрических сигналов в звуковые колебания.