Номер 6, страница 170 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 3. Электромагнитные явления. Параграф 37. Магнитный поток. Вопросы для самопроверки - номер 6, страница 170.

Условие.

6. Объясните принцип действия генератора постоянного тока.

Решение.

Принцип действия генератора постоянного тока основан на явлении электромагнитной индукции. Это явление заключается в возникновении электродвижущей силы (ЭДС) в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, который пронизывает этот контур. Генератор предназначен для преобразования механической энергии в электрическую энергию постоянного тока.

Основные компоненты простейшего генератора постоянного тока:

1. Индуктор (статор) — это неподвижная часть машины, которая создает постоянное магнитное поле. В качестве индуктора могут использоваться постоянные магниты или электромагниты.

2. Якорь (ротор) — это вращающаяся часть, состоящая из сердечника и обмотки, в которой индуцируется ЭДС при её вращении в магнитном поле индуктора.

3. Коллектор — это ключевой элемент генератора постоянного тока. Он представляет собой цилиндр, состоящий из изолированных друг от друга медных пластин (ламелей), и вращается вместе с якорем. Коллектор выполняет функцию механического выпрямителя.

4. Щетки — это неподвижные контакты (обычно из графита), которые прижаты к коллектору и обеспечивают электрическую связь между вращающейся обмоткой якоря и внешней неподвижной электрической цепью.

Процесс работы генератора происходит следующим образом. Якорь приводится во вращение с помощью внешнего механического двигателя. При вращении якоря его обмотка пересекает силовые линии магнитного поля индуктора, из-за чего магнитный поток $ \Phi_B $, пронизывающий обмотку, непрерывно изменяется. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в обмотке якоря индуцируется ЭДС, величина которой определяется скоростью изменения магнитного потока: $ \mathcal{E} = - \frac{d\Phi_B}{dt} $.

Поскольку при вращении каждая сторона обмотки движется то в одном, то в другом направлении относительно магнитных полюсов, индуцируемая в обмотке ЭДС (и, соответственно, ток) является переменной, меняя свое направление каждые пол-оборота.

Именно здесь вступает в действие коллектор. Концы обмотки якоря присоединены к пластинам коллектора. Коллектор устроен таким образом, что в тот самый момент, когда направление ЭДС в обмотке меняется на противоположное, щетки переходят с одной пластины коллектора на другую. Это переключение приводит к тому, что во внешней цепи, подключенной к щеткам, направление тока остается неизменным. Таким образом, переменный ток, возникающий в якоре, преобразуется в пульсирующий постоянный ток на выходе генератора.

Для получения более стабильного, почти не пульсирующего тока, в реальных генераторах используют якорь со множеством обмоток, расположенных под углом друг к другу, и коллектор с большим числом пластин.

Ответ: Принцип действия генератора постоянного тока заключается в преобразовании механической энергии во вращение проводящей рамки (якоря) в постоянном магнитном поле, что приводит к возникновению в ней переменной ЭДС согласно закону электромагнитной индукции. Специальное устройство — коллектор — выполняет роль механического выпрямителя, который преобразует этот переменный ток в постоянный по направлению (пульсирующий) ток во внешней цепи, снимаемый с помощью щеток.