Номер 6, страница 218 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

6. Как действуют измерительные приборы магнитоэлектрической системы?

Принцип действия измерительных приборов магнитоэлектрической системы основан на взаимодействии магнитного поля постоянного магнита с проводником, по которому протекает измеряемый ток. В качестве проводника выступает подвижная катушка, к которой прикреплена стрелка-указатель.

Конструктивно прибор состоит из сильного постоянного магнита, в зазоре которого помещена лёгкая рамка с намотанной на неё катушкой из тонкого провода. Рамка может вращаться на осях. К ней подведены две спиральные пружины, которые служат для подвода тока к катушке и для создания противодействующего момента. К оси рамки прикреплена стрелка, перемещающаяся вдоль шкалы.

Когда через катушку пропускают измеряемый постоянный ток $I$, на стороны рамки, находящиеся в магнитном поле с индукцией $B$, начинают действовать силы Ампера. Эти силы создают вращающий момент $M_{вр}$, который поворачивает катушку со стрелкой. Величина этого момента прямо пропорциональна силе тока:

$M_{вр} = k_1 \cdot I = B \cdot S \cdot w \cdot I$

где $B$ — магнитная индукция в зазоре, $S$ — площадь рамки, $w$ — число витков в катушке, а $k_1$ - конструктивный коэффициент.

При повороте рамки на угол $\alpha$ спиральные пружины закручиваются, создавая противодействующий упругий момент $M_{пр}$, направленный в противоположную сторону и пропорциональный углу поворота:

$M_{пр} = C \cdot \alpha$

где $C$ — жёсткость пружин (удельный противодействующий момент).

Подвижная система (катушка со стрелкой) поворачивается до тех пор, пока вращающий момент не станет равным противодействующему моменту ($M_{вр} = M_{пр}$). В этот момент стрелка останавливается. Для состояния равновесия справедливо:

$B \cdot S \cdot w \cdot I = C \cdot \alpha$

Из этого уравнения можно выразить угол отклонения стрелки:

$\alpha = \frac{B \cdot S \cdot w}{C} \cdot I$

Так как для конкретного прибора величины $B, S, w, C$ являются постоянными, угол отклонения стрелки $\alpha$ оказывается прямо пропорциональным силе измеряемого тока $I$. Эта линейная зависимость позволяет использовать шкалу с равномерными делениями.

Важной особенностью является то, что направление вращающего момента зависит от направления тока в катушке. Поэтому магнитоэлектрические приборы реагируют на полярность подключения и могут измерять только величины постоянного тока (силу тока и напряжение). При попытке измерить переменный ток стрелка будет либо вибрировать около нуля (при очень низкой частоте), либо останется неподвижной из-за инерции подвижной системы, так как вращающий момент будет постоянно менять свое направление.

Ответ: Действие измерительных приборов магнитоэлектрической системы основано на силовом взаимодействии магнитного поля постоянного магнита и измеряемого постоянного тока, протекающего по обмотке подвижной катушки. Это взаимодействие создает вращающий момент, который поворачивает катушку со стрелкой. Поворот происходит до тех пор, пока этот момент не уравновесится противодействующим моментом упругих пружин. Угол поворота стрелки при этом оказывается прямо пропорционален силе измеряемого тока.