Вопросы, страница 87 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Вопросы

1. Каков принцип работы электродвигателя постоянного тока?

2. Для чего в электродвигателе нужно несколько обмоток на якоре?

3. Для чего в электродвигателе нужен коллектор?

4. Как можно изменить направление вращения якоря в электродвигателе?

5. Как можно изменить скорость вращения якоря в электродвигателе?

1. Каков принцип работы электродвигателя постоянного тока?

Принцип работы электродвигателя постоянного тока основан на взаимодействии магнитного поля и проводника с током. Основные части двигателя — это статор (неподвижная часть), который создает постоянное магнитное поле (с помощью постоянных магнитов или электромагнитов), и якорь, или ротор (подвижная часть), представляющий собой одну или несколько обмоток из провода. Когда через обмотку якоря, находящуюся в магнитном поле, пропускают электрический ток, на проводники этой обмотки начинает действовать сила Ампера. Согласно правилу левой руки, на противоположные стороны рамки обмотки действуют силы, направленные в противоположные стороны. Эта пара сил создает вращающий момент, который заставляет якорь вращаться. Величина силы, действующей на проводник, определяется формулой $F = I \cdot B \cdot l \cdot \sin(\alpha)$, где $\text{I}$ — сила тока, $\text{B}$ — индукция магнитного поля, $\text{l}$ — длина активной части проводника, а $\alpha$ — угол между направлением тока и вектором магнитной индукции. Чтобы вращение было непрерывным и происходило в одном направлении, используется коллектор, который переключает направление тока в обмотке.

Ответ: Работа электродвигателя постоянного тока основана на создании вращающего момента силой Ампера, действующей на рамку с током, помещенную в магнитное поле.

2. Для чего в электродвигателе нужно несколько обмоток на якоре?

Использование только одной обмотки (рамки) на якоре имеет существенный недостаток: вращающий момент, действующий на рамку, непостоянен. Он максимален, когда плоскость рамки параллельна силовым линиям магнитного поля, и становится равным нулю, когда плоскость рамки перпендикулярна им. В этом положении, называемом «мертвой точкой», двигатель может остановиться. Чтобы обеспечить плавное и непрерывное вращение, а также более постоянный вращающий момент, на якоре размещают несколько обмоток, смещенных под углом друг относительно друга. Благодаря этому в любой момент времени хотя бы одна из обмоток находится в положении, оптимальном для создания вращающего момента. Это исключает «мертвые точки» и делает работу двигателя более стабильной и эффективной.

Ответ: Несколько обмоток на якоре необходимы для обеспечения плавности вращения и создания непрерывного, более равномерного вращающего момента, устраняя положения, в которых вращающий момент равен нулю.

3. Для чего в электродвигателе нужен коллектор?

Коллектор — это ключевой элемент двигателя постоянного тока, представляющий собой механический переключатель тока. Он состоит из набора изолированных друг от друга медных пластин, к которым припаяны концы обмоток якоря. По коллектору скользят неподвижные контакты — щетки, через которые подается питание. Основная функция коллектора — изменять направление тока в каждой обмотке якоря в тот момент, когда она проходит «мертвую точку» (положение, перпендикулярное магнитному полю). Без коллектора вращающий момент менял бы свое направление каждые пол-оборота, и якорь просто колебался бы около положения равновесия, а не вращался непрерывно. Коллектор обеспечивает переключение таким образом, что вращающий момент всегда направлен в одну и ту же сторону, что и заставляет якорь постоянно вращаться в одном направлении.

Ответ: Коллектор нужен для автоматического переключения направления тока в обмотках якоря каждые пол-оборота, чтобы поддерживать постоянное направление вращающего момента и обеспечивать непрерывное вращение.

4. Как можно изменить направление вращения якоря в электродвигателе?

Направление вращения якоря определяется направлением вращающего момента, а тот, в свою очередь, — направлением силы Ампера. Направление силы Ампера можно определить по правилу левой руки: оно зависит от направления тока в проводнике и направления линий магнитного поля. Соответственно, чтобы изменить направление вращения якоря на противоположное, необходимо изменить направление силы Ампера. Это можно сделать одним из двух способов:

1. Изменить направление тока в обмотке якоря. Практически это достигается изменением полярности источника питания, подключенного к щеткам двигателя.

2. Изменить направление магнитного поля статора. Это можно сделать, поменяв местами северный и южный полюса магнитов (если используются постоянные магниты) или изменив полярность питания обмоток возбуждения (если используются электромагниты).

Важно понимать, что одновременное изменение и направления тока в якоре, и направления магнитного поля не изменит направления вращения, так как одно изменение компенсирует другое.

Ответ: Для изменения направления вращения якоря необходимо изменить направление тока в его обмотке либо изменить направление магнитного поля статора.

5. Как можно изменить скорость вращения якоря в электродвигателе?

Скорость вращения якоря электродвигателя постоянного тока зависит от баланса между приложенным напряжением и возникающей при вращении противо-ЭДС (электродвижущей силой индукции), а также от величины вращающего момента. Вращающий момент пропорционален силе тока в якоре и индукции магнитного поля. Регулировать скорость вращения можно несколькими способами:

1. Изменением напряжения питания якоря. Увеличение напряжения ведет к увеличению тока, вращающего момента и, следовательно, скорости вращения. Уменьшение напряжения приводит к снижению скорости.

2. Введением в цепь якоря дополнительного сопротивления (реостата). Увеличение сопротивления в цепи якоря уменьшает ток и, соответственно, скорость вращения.

3. Изменением магнитного потока статора (в двигателях с обмоткой возбуждения). Ослабление магнитного поля (уменьшение тока в обмотке возбуждения) приводит к увеличению скорости вращения якоря, а усиление поля — к ее уменьшению.

Ответ: Скорость вращения якоря можно изменять путем регулирования напряжения питания, введения дополнительного сопротивления в цепь якоря или изменения величины магнитного поля статора.