Экспериментальное задание 24.1, страница 103 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Экспериментальное задание 24.1

Работаем в паре

Изучение работы электрогенератора постоянного тока

Оборудование: машина постоянного тока, нить, вольт-метр, соединительные провода.

Исследуйте зависимость напряжения на выходе электрогенератора от скорости и направления вращения его якоря.

Порядок выполнения задания

1. Подключите вольтметр к выводам машины постоянного тока. Для вращения якоря машины на её шкив намотайте нить. Тяните нить потихоньку и следите за показаниями вольтметра при вращении якоря машины (рис. 24.4).

2. Повторите опыт при большей скорости вращения якоря. Сделайте вывод: зависит ли напряжение на выходе электрогенератора от скорости вращения якоря?

3. Повторите опыт, изменив направление вращения якоря. Сделайте вывод: зависит ли полярность напряжения на выходе электрогенератора от направления вращения якоря?

Рис. 24.4

Работа электрогенератора постоянного тока основана на явлении электромагнитной индукции. При вращении якоря (рамки с обмоткой) в магнитном поле, создаваемом постоянными магнитами (статором), магнитный поток, пронизывающий рамку, изменяется. Согласно закону Фарадея, это изменение магнитного потока приводит к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) индукции в обмотке якоря. Напряжение $\text{U}$ на выводах генератора, измеряемое вольтметром, практически равно этой ЭДС (при разомкнутой цепи).

2. Повторите опыт при большей скорости вращения якоря. Сделайте вывод: зависит ли напряжение на выходе электрогенератора от скорости вращения якоря?

При увеличении скорости вращения якоря (когда мы тянем за нить быстрее), увеличивается его угловая скорость $ω$. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, наводимая ЭДС $ε$ пропорциональна скорости изменения магнитного потока: $|ε| \propto \frac{ΔΦ_B}{Δt}$. Чем быстрее вращается якорь, тем быстрее изменяется магнитный поток, пронизывающий его обмотку. Следовательно, скорость изменения магнитного потока $\frac{ΔΦ_B}{Δt}$ прямо пропорциональна скорости вращения $ω$. В итоге, величина наводимой ЭДС и, соответственно, напряжение на выходе генератора, прямо пропорциональна скорости вращения якоря.

При проведении опыта это проявится в том, что стрелка вольтметра отклонится на больший угол, показывая большее напряжение при более высокой скорости вращения.

Вывод: Напряжение на выходе электрогенератора прямо пропорционально скорости вращения его якоря. С увеличением скорости вращения напряжение возрастает.

Ответ: Да, напряжение на выходе электрогенератора зависит от скорости вращения якоря.

3. Повторите опыт, изменив направление вращения якоря. Сделайте вывод: зависит ли полярность напряжения на выходе электрогенератора от направления вращения якоря?

Направление индукционного тока в проводнике, а значит и полярность возникающего напряжения, определяется по правилу правой руки. Правило гласит: если правую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а отогнутый на 90 градусов большой палец указывал направление движения проводника, то четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока.

Когда мы изменяем направление вращения якоря на противоположное, направление скорости движения проводников в его обмотке также изменяется на противоположное. Согласно правилу правой руки, это неизбежно приведет к изменению направления индукционного тока. В результате полярность напряжения на клеммах генератора («+» и «-») поменяется на обратную. При наблюдении за вольтметром мы увидим, что его стрелка отклонится в противоположную сторону от нулевого деления (если конструкция прибора это позволяет).

Вывод: Полярность напряжения на выходе электрогенератора зависит от направления вращения его якоря. При смене направления вращения на противоположное, полярность напряжения также меняется на противоположную.

Ответ: Да, полярность напряжения на выходе электрогенератора зависит от направления вращения якоря.