Экспериментальное задание 20.1, страница 87 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Экспериментальное задание 20.1

Работаем самостоятельно

Изучение принципа действия электродвигателя постоянного тока

Оборудование: электродвигатель, источник постоянного тока, реостат, амперметр, соединительные провода, ключ.

Изучите принцип действия электродвигателя постоянного тока.

Порядок выполнения задания

1. Изучите устройство электродвигателя. Подключите электродвигатель к источнику тока и заметьте направление вращения якоря мотора (рис. 20.3).

2. Измените полярность подключения щёток электродвигателя к источнику тока. Посмотрите, изменилось ли направление вращения якоря. Объясните результат опыта.

3. Включите последовательно с электродвигателем реостат и амперметр. Изменяя силу тока в обмотке электродвигателя, наблюдайте, как изменяется при этом скорость вращения якоря.

Рис. 20.3

1. Изучите устройство электродвигателя. Подключите электродвигатель к источнику тока и заметьте направление вращения якоря мотора (рис. 20.3).

Электродвигатель постоянного тока состоит из неподвижной части – статора (в данном случае это постоянные магниты, создающие магнитное поле) и вращающейся части – ротора или якоря (катушка с обмоткой, по которой пропускается ток). При подключении к источнику тока через щетки и коллектор ток поступает в обмотку якоря. На проводники обмотки, находящиеся в магнитном поле статора, начинает действовать сила Ампера. Направление этой силы определяется по правилу левой руки. Совокупность сил, действующих на витки обмотки, создает вращающий момент, который заставляет якорь вращаться. При наблюдении якорь начнет вращаться в определенном направлении.

Ответ: При подключении к источнику тока якорь электродвигателя начинает вращаться в определенном направлении (например, по часовой стрелке).

2. Измените полярность подключения щёток электродвигателя к источнику тока. Посмотрите, изменилось ли направление вращения якоря. Объясните результат опыта.

Изменение полярности подключения к источнику тока приводит к изменению направления тока в обмотке якоря на противоположное. Направление магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами статора, при этом не меняется. Согласно правилу левой руки, направление силы Ампера зависит как от направления магнитного поля, так и от направления тока. Поскольку направление тока изменилось на противоположное, направление силы Ампера также изменится на противоположное. Это приведет к тому, что вращающий момент будет действовать в обратном направлении, и якорь начнет вращаться в противоположную сторону.

Ответ: Да, направление вращения якоря изменилось на противоположное. Это происходит потому, что смена полярности изменяет направление тока в якоре, что, в свою очередь, изменяет направление силы Ампера и вращающего момента на противоположное.

3. Включите последовательно с электродвигателем реостат и амперметр. Изменяя силу тока в обмотке электродвигателя, наблюдайте, как изменяется при этом скорость вращения якоря.

Реостат, включенный в цепь последовательно с двигателем, позволяет изменять общее сопротивление цепи и, следовательно, регулировать силу тока, протекающего через обмотку якоря (что фиксируется амперметром). Модуль силы Ампера, действующей на проводник, прямо пропорционален силе тока: $F_A = B \cdot I \cdot l \cdot \sin\alpha$. Чем больше сила Ампера, тем больше создаваемый ею вращающий момент. Увеличение вращающего момента приводит к увеличению углового ускорения и, как следствие, к увеличению установившейся скорости вращения якоря. Таким образом, плавно перемещая ползунок реостата для уменьшения сопротивления, мы увеличиваем силу тока в цепи, что приводит к увеличению скорости вращения якоря. И наоборот, увеличивая сопротивление реостата, мы уменьшаем силу тока и скорость вращения.

Ответ: При увеличении силы тока в обмотке электродвигателя (которое достигается уменьшением сопротивления реостата) скорость вращения якоря увеличивается. При уменьшении силы тока скорость вращения якоря уменьшается.