Вопросы, страница 103 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Вопросы

1. Почему при движении проводника перпендикулярно силовым линиям магнитного поля между его концами возникает электрическое напряжение?

2. Объясните принцип действия электрогенератора постоянного тока.

1. Почему при движении проводника перпендикулярно силовым линиям магнитного поля между его концами возникает электрическое напряжение?

В любом металлическом проводнике имеются свободные носители заряда — электроны, которые могут хаотично двигаться внутри его кристаллической решетки. Когда проводник начинает двигаться в магнитном поле, эти электроны также начинают двигаться вместе с ним с той же скоростью.

На движущийся в магнитном поле электрический заряд действует сила Лоренца. Величина и направление этой силы определяются по формуле $ \vec{F_L} = q(\vec{v} \times \vec{B}) $, где $\text{q}$ — заряд частицы, $ \vec{v} $ — ее скорость, а $ \vec{B} $ — вектор магнитной индукции. Для электронов ($ q = -e $) направление силы можно определить по правилу левой руки: если четыре пальца направить по скорости движения проводника, а вектор магнитной индукции $ \vec{B} $ будет входить в ладонь, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующей на положительный заряд. Сила, действующая на отрицательно заряженный электрон, будет направлена в противоположную сторону.

Под действием силы Лоренца свободные электроны в проводнике начинают смещаться к одному из его концов. В результате на этом конце возникает избыток отрицательного заряда, а на противоположном — недостаток, то есть избыток положительного заряда (положительно заряженных ионов кристаллической решетки).

Такое разделение зарядов создает внутри проводника электрическое поле, направленное от положительно заряженного конца к отрицательно заряженному. Это поле, в свою очередь, создает разность потенциалов, или электрическое напряжение, между концами проводника. Это явление называется электромагнитной индукцией, а возникающая разность потенциалов — ЭДС (электродвижущей силой) индукции.

Ответ: При движении проводника в магнитном поле на свободные электроны внутри него действует сила Лоренца, которая заставляет их перемещаться к одному из концов проводника. Это разделение зарядов создает разность потенциалов, то есть электрическое напряжение, между его концами.

2. Объясните принцип действия электрогенератора постоянного тока.

Принцип действия электрогенератора постоянного тока, как и любого другого электрогенератора, основан на явлении электромагнитной индукции. Суть этого явления заключается в том, что в замкнутом проводящем контуре (рамке) при изменении магнитного потока, пронизывающего его, возникает электрический ток.

Основными частями генератора постоянного тока являются:

• Статор (индуктор) — неподвижная часть, создающая постоянное магнитное поле. Это может быть постоянный магнит или электромагнит.

• Ротор (якорь) — вращающаяся часть, представляющая собой одну или несколько катушек (обмоток), уложенных в пазы железного сердечника.

• Коллектор — специальное устройство, являющееся ключевым элементом генератора постоянного тока. Он состоит из двух или более изолированных друг от друга медных полуколец (ламелей), к которым припаяны концы обмотки якоря. Коллектор вращается вместе с якорем.

• Щетки — неподвижные графитовые контакты, которые прижаты к коллектору и служат для съема электрического тока с вращающегося якоря и передачи его во внешнюю цепь.

Процесс работы генератора выглядит следующим образом:

1. При вращении якоря в магнитном поле статора его проводники пересекают силовые линии магнитного поля. В соответствии с законом электромагнитной индукции в проводниках обмотки якоря индуцируется ЭДС (электродвижущая сила).

2. За один оборот рамки направление индуцируемой ЭДС меняется дважды. То есть в самой обмотке якоря возникает переменный ток.

3. Роль коллектора заключается в преобразовании этого переменного тока в постоянный (по направлению) во внешней цепи. Каждый раз, когда направление тока в обмотке якоря меняется на противоположное (это происходит каждые пол-оборота), коллекторные пластины меняются местами под щетками. Благодаря этому к щетке, подключенной к положительному полюсу внешней цепи, всегда подходит та пластина, которая в данный момент соединена с частью обмотки, где ток течет в "нужном" направлении. В результате ток во внешней цепи, хоть и пульсирует по величине, но всегда течет в одном направлении.

Таким образом, коллектор действует как механический выпрямитель. Для сглаживания пульсаций тока в практических конструкциях генераторов используют многосекционный якорь и многопластинчатый коллектор.

Ответ: Принцип действия генератора постоянного тока основан на явлении электромагнитной индукции. При вращении рамки (якоря) в магнитном поле в ней индуцируется переменная ЭДС. Специальное устройство — коллектор — вместе со щетками действует как механический выпрямитель, переключая контакты таким образом, что во внешней цепи ток всегда течет в одном направлении.