Лабораторная работа № 7, страница 164 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 3. Электромагнитные явления. Параграф 35. Электродвигатель - страница 164.

Условие.

Лабораторная работа № 7

Изучение работы электродвигателя постоянного тока

Цель работы:

познакомиться на модели электродвигателя постоянного тока с его устройством и работой.

Приборы и материалы:

модель электродвигателя, лабораторный источник питания, реостат, ключ, соединительные провода.

Порядок выполнения работы

1. Рассмотрите основные детали модели электродвигателя постоянного тока.

2. Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника тока, модели электродвигателя, ключа и реостата, соединённых последовательно. Соберите электрическую цепь.

3. Замкните цепь. С помощью реостата регулируйте силу тока в цепи. Наблюдая за работой электродвигателя, сделайте вывод о зависимости скорости вращения его якоря от силы тока в цепи.

Решение.

Рассмотрите основные детали модели электродвигателя постоянного тока.

Основными деталями электродвигателя постоянного тока являются:

• Статор (индуктор) — неподвижная часть двигателя, которая создаёт постоянное магнитное поле. В модели это могут быть постоянные магниты или электромагниты.

• Ротор (якорь) — вращающаяся часть двигателя, представляющая собой вал с насаженным на него сердечником и обмоткой из изолированного провода. При протекании тока по обмотке якоря на неё действует вращающий момент со стороны магнитного поля статора.

• Коллектор — устройство, состоящее из разделённых изолятором медных полуколец (или пластин), к которым припаяны концы обмотки якоря. Коллектор вращается вместе с якорем и служит для автоматического переключения направления тока в обмотке каждые пол-оборота, что обеспечивает непрерывное вращение якоря в одном направлении.

• Щёточный узел — неподвижные контакты (обычно графитовые щётки), которые прижимаются к коллектору и обеспечивают электрическую связь между обмоткой якоря и источником питания.

Ответ: Основные детали электродвигателя постоянного тока — это статор (создаёт магнитное поле), ротор (якорь с обмоткой, который вращается), коллектор (переключает направление тока в обмотке) и щётки (подают ток на коллектор).

2. Начертите схему электрической цепи, состоящей из источника тока, модели электродвигателя, ключа и реостата, соединённых последовательно. Соберите электрическую цепь.

Для сборки цепи необходимо соединить все элементы последовательно. Один полюс источника тока соединяется с одним из контактов ключа. Другой контакт ключа соединяется с входом реостата. Выход реостата соединяется с одним из контактов электродвигателя. Другой контакт электродвигателя соединяется со вторым полюсом источника тока. Таким образом, все элементы образуют один замкнутый контур. Схема данной электрической цепи представлена ниже:

Ответ: Схема последовательного соединения источника тока, ключа, реостата и электродвигателя представлена на рисунке выше.

3. Замкните цепь. С помощью реостата регулируйте силу тока в цепи. Наблюдая за работой электродвигателя, сделайте вывод о зависимости скорости вращения его якоря от силы тока в цепи.

При замыкании цепи ключём через обмотку якоря электродвигателя начинает протекать электрический ток, и якорь приходит во вращение. Для регулировки силы тока в цепи используется реостат. Уменьшая сопротивление реостата, мы, согласно закону Ома для полной цепи, увеличиваем силу тока $\text{I}$. В ходе наблюдения можно заметить, что с увеличением силы тока скорость вращения якоря электродвигателя также увеличивается. При уменьшении силы тока (увеличением сопротивления реостата) скорость вращения якоря уменьшается.

Это объясняется тем, что вращающий момент, действующий на якорь, создаётся силой Ампера, которая прямо пропорциональна силе тока в обмотке: $F = B \cdot I \cdot L$, где $\text{B}$ — индукция магнитного поля, $\text{I}$ — сила тока, $\text{L}$ — длина проводника в поле. Следовательно, вращающий момент $\tau$ также пропорционален силе тока: $\tau \propto I$. Чем больше сила тока, тем больше вращающий момент и, как следствие, тем больше угловое ускорение и выше установившаяся скорость вращения якоря.

Вывод: Скорость вращения якоря электродвигателя постоянного тока напрямую зависит от силы тока в его обмотке. При увеличении силы тока скорость вращения увеличивается, а при уменьшении — уменьшается.

Ответ: Скорость вращения якоря электродвигателя постоянного тока прямо пропорциональна силе тока в цепи.