Номер 6, страница 126 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 4. Электромагнитная индукция. Параграф 23. Способы получения индукционного тока - номер 6, страница 126.

Условие.

6. Почему отключение от питающей сети мощных электродвигателей производят плавно и медленно с помощью реостата?

Решение.

Решение

Мощные электродвигатели содержат в своей конструкции обмотки, которые представляют собой катушки с большим количеством витков провода. Такие катушки обладают значительной индуктивностью $\text{L}$. Когда двигатель работает, через его обмотки протекает большой электрический ток $\text{I}$, создавая мощное магнитное поле, в котором запасена энергия.

При отключении двигателя от питающей сети ток в его обмотках начинает уменьшаться. Любое изменение тока в катушке индуктивности приводит к возникновению явления электромагнитной самоиндукции — в катушке наводится ЭДС (электродвижущая сила) самоиндукции. Величина этой ЭДС определяется по формуле:

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

где $\text{L}$ — индуктивность обмотки, а $\frac{\Delta I}{\Delta t}$ — скорость изменения силы тока.

Если попытаться отключить двигатель мгновенно, просто разомкнув цепь выключателем, то ток $\text{I}$ упадет до нуля за очень короткое время $\Delta t$. В результате скорость изменения тока $\frac{\Delta I}{\Delta t}$ будет огромной. Это приведет к возникновению очень большой ЭДС самоиндукции $\mathcal{E}_{si}$, которая может многократно превысить напряжение питающей сети. Согласно правилу Ленца, эта ЭДС будет направлена так, чтобы поддержать исчезающий ток. В результате между размыкающимися контактами выключателя возникает мощная и устойчивая электрическая дуга (сильный искровой разряд), которая может расплавить контакты, повредить изоляцию обмоток двигателя и стать причиной пожара.

Чтобы избежать этого, отключение производят плавно с помощью мощного реостата, включенного в цепь. Постепенно увеличивая сопротивление реостата, плавно уменьшают силу тока в цепи двигателя. Поскольку ток уменьшается медленно, скорость его изменения $\frac{\Delta I}{\Delta t}$ остается небольшой. Следовательно, возникающая ЭДС самоиндукции не достигает опасных значений. После того как ток будет снижен до безопасного минимума, цепь можно полностью разомкнуть без риска возникновения разрушительной дуги.

Ответ: Плавное и медленное отключение мощных электродвигателей с помощью реостата необходимо для того, чтобы избежать возникновения очень большой ЭДС самоиндукции в их обмотках. При резком разрыве цепи возникает огромная ЭДС, которая создает мощную электрическую дугу, способную повредить выключатель и сам двигатель. Реостат позволяет плавно уменьшить ток, благодаря чему скорость изменения тока и, соответственно, ЭДС самоиндукции остаются на безопасном уровне.