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

Конструкторское задание

Изготовьте, с вашей точки зрения, лучшую модель электродвигателя постоянного тока и сравните её с моделями, сделанными вашими одноклассниками.

Это конструкторское задание предлагает создать собственную модель электродвигателя постоянного тока и оценить её в сравнении с другими. Ниже представлено подробное руководство по изготовлению простого, но эффективного двигателя, а также идеи по его усовершенствованию и критерии для сравнения.

Принцип работы

В основе работы электродвигателя постоянного тока лежит явление электромагнитной индукции, а точнее — действие силы Ампера. Когда через проводник, помещенный в магнитное поле, пропускают электрический ток, на него начинает действовать сила, стремящаяся его переместить. В двигателе в качестве проводника используется катушка (ротор). При подаче тока на катушку, находящуюся в поле постоянного магнита (статора), возникает вращающий момент, заставляющий её поворачиваться. Для обеспечения непрерывного вращения в одну сторону используется специальное устройство — коллектор, который переключает направление тока в катушке каждый полоборота.

Решение

Необходимые материалы и инструменты:

1. Источник постоянного тока: батарейка типа D на 1.5 В или аналогичный источник.

2. Медный эмалированный провод (диаметр 0.5–0.8 мм, длина около 1-2 метров).

3. Сильный постоянный магнит (лучше всего неодимовый).

4. Две большие канцелярские скрепки.

5. Основание: деревянный брусок, кусок пластика или плотного картона.

6. Канцелярский нож или наждачная бумага для зачистки изоляции.

7. Изолента или термоклей для крепления деталей.

Шаг 1: Изготовление ротора (катушки)

Намотайте медный провод на подходящий цилиндрический предмет (например, на батарейку типа АА). Сделайте 15-20 витков. Оставьте с каждой стороны свободные концы провода длиной по 5-7 см. Аккуратно снимите катушку с каркаса и плотно обмотайте её свободными концами, чтобы витки не распадались. Выведите концы провода строго по центру в противоположные стороны – это будет ось вращения вашего ротора. Ротор должен быть как можно более симметричным и плоским.

Шаг 2: Создание простейшего коллектора

Это ключевой и самый тонкий момент в сборке. Возьмите ротор и положите его на стол.

• Один конец оси: С помощью канцелярского ножа или наждачной бумаги полностью счистите эмалевую изоляцию со всей окружности провода.

• Другой конец оси: Зачистите изоляцию только с одной стороны (например, с верхней половины). Нижняя половина должна остаться в изоляции.

Важно, чтобы при горизонтальном положении катушки зачищенная сторона второго конца "смотрела" вверх (или вниз, главное — одинаково с первым, полностью зачищенным, концом). Этот механизм обеспечит прерывание тока и позволит инерции провернуть катушку на пол-оборота, после чего контакт восстановится.

Шаг 3: Сборка опор и статора

Разогните скрепки, чтобы из них получились П-образные подставки. Верхняя часть (петелька) будет служить опорой и подшипником для оси ротора. Закрепите скрепки на деревянном основании с помощью изоленты или клея на таком расстоянии, чтобы в них свободно помещался и вращался ваш ротор. Скрепки также будут выполнять роль щеток, передающих ток.

Поместите постоянный магнит на основание точно под местом, где будет вращаться катушка. Магнитное поле должно быть направлено вверх (или вниз), перпендикулярно плоскости вращения катушки.

Шаг 4: Финальная сборка и запуск

Установите ротор на опоры из скрепок. Убедитесь, что он может легко вращаться и хорошо сбалансирован. Подключите провода от батарейки к основаниям скрепок. Возможно, потребуется слегка подтолкнуть ротор, чтобы запустить вращение. Если двигатель не запускается, проверьте контакты, балансировку ротора и правильность зачистки изоляции на оси.

Как сделать модель «лучшей»?

• Увеличение мощности: Используйте больше витков в катушке (30-50) и более сильный неодимовый магнит. Можно разместить магниты с обеих сторон катушки (снизу и сверху), чтобы усилить магнитное поле.

• Снижение трения: Тщательно отцентрируйте ось и отшлифуйте опоры. Чем меньше трение, тем легче ротору вращаться и тем выше будет скорость.

• Улучшенный коллектор: Для более стабильной работы можно сделать двухсекционный коллектор из медной фольги на оси и подпружиненные щетки из тонкого металла.

• Балансировка: Идеально сбалансированный ротор — залог высокой скорости и стабильной работы без вибраций.

• Многополюсный ротор: Более сложная, но и более эффективная конструкция — ротор с тремя и более катушками, расположенными под углом друг к другу, и соответствующий многосекционный коллектор. Такая модель будет иметь более плавный ход и более высокий пусковой момент.

Критерии для сравнения моделей:

1. Скорость вращения: Какая модель вращается быстрее всего? Её можно оценить визуально или с помощью специальных приложений для смартфона.

2. Стабильность: Как долго двигатель может работать без остановки? Запускается ли он сам или требует толчка?

3. Крутящий момент: Способен ли двигатель совершать работу? Можно прикрепить к оси небольшой пропеллер или нить с легким грузом и посмотреть, сможет ли двигатель их вращать/поднимать.

4. Эффективность (качественно): Насколько быстро садится батарейка и насколько сильно греются элементы? Меньший нагрев и более долгое время работы от одного источника говорят о большей эффективности.

5. Конструктивное исполнение: Оценивается аккуратность сборки, оригинальность примененных решений и общая эстетика модели.

Ответ: Лучшей моделью электродвигателя будет та, которая демонстрирует оптимальное сочетание скорости, стабильности и мощности. Это достигается за счет точной балансировки ротора, использования сильного магнитного поля, минимизации трения в опорах и создания надежного контакта в коллекторно-щеточном узле. Сравнение моделей с одноклассниками следует проводить по объективным критериям, таким как скорость вращения, стабильность работы и способность совершать механическую работу, а также оценивать оригинальность и качество инженерных решений.