Номер 4.14, страница 23 - гдз по физике 9 класс задачник Артеменков, Ломаченков

IV. Электромагнитные колебания - номер 4.14, страница 23.

Условие.

4.14 Объясните, почему отключение от сети мощных электродвигателей производится плавно и медленно при помощи реостата.

Решение.

Решение

Отключение мощных электродвигателей от сети производится плавно и медленно для предотвращения опасных последствий явления электромагнитной самоиндукции.

Обмотки любого электродвигателя, особенно мощного, обладают значительной индуктивностью $L$. Когда двигатель работает, через его обмотки протекает большой ток $I$, создавая сильное магнитное поле. Если резко разомкнуть цепь (например, с помощью обычного выключателя), ток в обмотке попытается мгновенно упасть до нуля. Это приведет к очень быстрому изменению магнитного потока, пронизывающего витки обмотки.

В соответствии с законом электромагнитной индукции, резкое изменение магнитного потока создает в цепи ЭДС самоиндукции ($\mathcal{E}_{si}$), величина которой определяется формулой:

$\mathcal{E}_{si} = -L \frac{\Delta I}{\Delta t}$

где $L$ — индуктивность обмотки, а $\frac{\Delta I}{\Delta t}$ — скорость изменения силы тока. При резком отключении время изменения тока $\Delta t$ очень мало (стремится к нулю), а индуктивность $L$ у мощного двигателя велика. В результате возникает очень большая ЭДС самоиндукции, которая может во много раз превышать напряжение питающей сети. Эта ЭДС, согласно правилу Ленца, стремится поддержать ток в цепи.

Такое высокое напряжение прикладывается к контактам выключателя в момент их размыкания и способно пробить воздушный зазор между ними. В результате возникает мощная и устойчивая электрическая дуга. Эта дуга может повредить (расплавить) контакты выключателя, разрушить изоляцию обмоток двигателя и создать пожароопасную ситуацию.

Чтобы избежать этого, отключение производят плавно с помощью реостата. Реостат вводят в цепь последовательно с двигателем и постепенно увеличивают его сопротивление. По закону Ома, это приводит к плавному и медленному уменьшению тока в цепи. В этом случае время изменения тока $\Delta t$ становится большим, и величина ЭДС самоиндукции $\mathcal{E}_{si}$ остается небольшой и безопасной. Когда ток будет сведен практически к нулю, цепь можно будет полностью разомкнуть без риска возникновения электрической дуги.

Ответ: Плавное отключение мощных электродвигателей при помощи реостата необходимо, чтобы предотвратить возникновение большой ЭДС самоиндукции. Реостат позволяет медленно уменьшать ток, благодаря чему индуцируемая ЭДС остается на безопасном уровне и не возникает разрушительная электрическая дуга, которая могла бы повредить оборудование и представлять опасность.