Номер 686, страница 105 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Самоиндукция. Электромагнитное поле - номер 686, страница 105.

► 686. Возможно ли, чтобы при движении трамвая его электродвигатели работали как генераторы, вырабатывая электрический ток? Какое превращение энергии при этом происходит?

Решение

Да, это возможно. Этот процесс основан на свойстве обратимости электрических машин. Электродвигатель, используемый в трамвае, конструктивно практически не отличается от генератора постоянного тока. Когда на двигатель подается электрический ток, он преобразует электрическую энергию в механическую энергию вращения, приводя трамвай в движение. Если же прекратить подачу тока и заставить якорь двигателя вращаться за счет внешних сил, то в его обмотках будет наводиться (индуцироваться) электродвижущая сила (ЭДС), и он начнет работать как генератор, вырабатывая электрический ток.

Такой режим работы возникает в двух основных случаях:

1. Рекуперативное торможение. Когда трамвай тормозит, его двигатели отключаются от контактной сети и переключаются в режим генератора. Колеса, продолжая вращаться по инерции, вращают якоря двигателей. В результате вырабатывается ток, а возникающая при этом электромагнитная сила создает тормозной момент, который и замедляет вагон. Выработанная электроэнергия может возвращаться обратно в контактную сеть для использования другими трамваями или накапливаться в бортовых накопителях (аккумуляторах, суперконденсаторах).

2. Движение под уклон. При движении трамвая вниз по склону его скорость может увеличиваться под действием силы тяжести. Чтобы поддерживать постоянную скорость или замедляться, двигатели также переводят в генераторный режим. В этом случае для выработки электроэнергии используется не только кинетическая, но и потенциальная энергия трамвая.

Таким образом, при работе электродвигателей в режиме генератора происходит превращение механической энергии в электрическую. Механическая энергия в данном случае – это кинетическая энергия движущегося трамвая ($E_k = \frac{mv^2}{2}$) и/или его потенциальная энергия при движении на уклоне ($E_p = mgh$).

Ответ: Да, возможно, чтобы при движении трамвая его электродвигатели работали как генераторы. Это происходит в режиме рекуперативного торможения или при движении под уклон. При этом происходит преобразование механической энергии (кинетической и/или потенциальной) трамвая в электрическую энергию.