Меню

В каком направлении будет вращаться рамка с током

Вопросы § 62

Физика А.В. Перышкин

1. Как показать, что магнитное поле действует на проводник с током, находящийся в этом поле?

Проводник подвешен на гибких проводах, которые присоединяются к источнику тока. Проводник помещен между полюсами дугообразного магнита, т.е. находится в магнитном поле. При замыкании электрической цепи проводник приходит в движение.

2. Пользуясь рисунком 117, объясните, от чего зависит направление движения проводника с током в магнитном поле.

Направление движения проводника зависит от направления тока в нем и от расположения полюсов магнита.

3. При помощи какого прибора можно осуществить вращение проводника с током в магнитном поле? При помощи какого устройства в рамке меняют направление тока через каждые пол-оборота?

В приборе легкая прямоугональная рамка насажена на вертикальную ось. На рамке уложена обмотка, состоящая из нескольких десятков витков проволоки, покрытой изоляцией. Концы обмотки присоединены к металлическим полукольцам: один конец обмотки присоединен к одному полукольцу, другой — к другому. Каждое полукольцо прижимается к металлической пластинке — щетке. Щетки служат для подвода тока от источника к рамке.

При помощи полуколец и щеток.

4. Опишите устройство технического электродвигателя.

В технических электродвигателях обмотка состоит из большого числа витков проволоки. Эти витки укладывают в пазы (прорези), сделанные вдоль боковой поверхности железного цилиндра. Этот цилиндр нужен для усиления магнитного поля.

Магнитное поле, в котором вращается якорь такого двигателя, создается сильным электромагнитом. Электромагнит питается током от того же источника тока, что и обмотка якоря.

Вал двигателя, проходящей по центральной оси железного цилиндра, соединяют с прибором, который приводится двигателем во вращение.

5. Где применяются электрические двигатели? Каковы их преимущества по сравнению с тепловыми?

Применение: транспорт, насосы для выкачивания нефти из скважин.

При одинаковой мощности они имеют меньшие размеры, чем тепловые двигатели. Они не загрязняют воздух и им не нужен запас топлива и воды. Их можно установить в удобном месте. Можно изготовить электрический двигатель любой мощности.

6. Кто и когда изобрёл первый электродвигатель, пригодный для практического применения?

Источник

Вращение рамки с током

Согласно закону электромагнитной индукции, при изменении магнитного потока , пронизывающего проводящий контур (рамку) (рис. 15.9), в нем возникает ЭДС индукции, которая равна взятой с обратным знаком скорости изменения магнитного потока:

Рис. 15.9

Если равномерно вращать плоскую прямоугольную рамку площадью с частотой оборотов в секунду в однородном магнитном поле с индукцией , то магнитный поток, будет периодически меняться по гармоническому закону:

где — угол между вектором и нормалью к плоскости рамки.

При этом на концах рамки в соответствии с (15.1) появится переменная синусоидальная ЭДС, равная

. (15.33)

Амплитуда этой переменной ЭДС пропорциональна угловой скорости (угловой частоте вращения) , индукции и площади рамки :

Такая рамка, вращающаяся в магнитном поле, является упрощенной моделью генератора синусоидального тока. Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую энергию. На электростанциях генераторы приводятся во вращение с помощью гидравлических или паровых турбин, используя энергию падающей воды или тепловую энергию; на транспорте – с помощью двигателей внутреннего сгорания.

Читайте также:  Действие электрического тока в металлах примеры

Отметим, что если выводы рамки подсоединить к специальному коммутирующему устройству – коллектору, то можно получить генератор постоянного тока.

Процесс превращения механической энергии в электрическую энергию обратим. Если через рамку, помещенную в магнитное по­ле, пропускать электрический ток, то в соответствии с (13.1) на нее будет действовать вращающий момент и рамка начнет вращаться. На этом принципе основана работа электродвигателей,предназначенных для превращения электрической энергии в механическую энергию.

Дата добавления: 2015-08-04 ; просмотров: 1048 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Рамка с током в магнитном поле

Рассмотрим жёсткую прямоугольную рамку с током, помещённую в магнитное поле (рис. 2.9). Рамка может вращаться вокруг оси ОО1.

Рис. 2.9

Рассмотрим сначала случай, когда вектор магнитной индукции параллелен плоскости рамки.

Вертикальные стороны рамки перпендикулярны вектору магнитной индукции, поэтому на них действуют силы Ампера. А поскольку в противоположных вертикальных сторонах рамки текут противоположно направленные токи, силы Ампера будут поворачивать рамку вокруг оси ОО1.

9. Перенесите рисунок 2.9 в тетрадь.

а) Изобразите на рисунке силы Ампера, действующие на вертикальные стороны рамки с током.
б) Определите направление вектора магнитной индукции поля рам, создаваемого током рамки в её центре.
в) Определите, как будет изменяться угол между и рам при повороте рамки под действием сил, действующих со стороны внешнего магнитного поля: увеличиваться или уменьшаться?

Итак, в результате действия сил Ампера рамка будет поворачиваться так, чтобы вектор магнитной индукции поля, создаваемого током в рамке, совпадал по направлению с вектором магнитной индукции внешнего поля.

Как мы скоро увидим, поворот рамки в магнитном поле лежит в основе действия электроизмерительных приборов и электродвигателей.

Но всегда ли силы Ампера поворачивают рамку с током?

10. На рисунках 2.10 и 2.11 схематически изображены рамки с током в магнитном поле. Рамки могут вращаться вокруг оси ОО1.

Рис. 2.11

а) Объясните, почему в каждом из этих случаев момент сил Ампера, приложенных к сторонам рамки, равен нулю.

Подсказка. Примените правило левой руки.

б) В каком из изображённых случаев рамка будет находиться в положении устойчивого равновесия?

Подсказка. Рассмотрите силы Ампера, действующие на боковые стороны рамки при небольшом отклонении её от показанного положения, и определите, в каком случае они будут возвращать рамку к исходному положению, а в каком — удалять её от него.

в) Когда рамка находится в положении устойчивого равновесия, действующие на её стороны силы Ампера растягивают рамку или сжимают её?

Источник

Рамка с током в магнитном поле.

СИЛА АМПЕРА. ЗАКОН АМПЕРА.

Сила Ампера. Закон Ампера.

Как уже говорилось, на проводник с током, помещённый в магнитное поле, действует сила, названная силой Ампера в честь выдающегося французского учёного Ампера, изучавшего это явление.

Читайте также:  Как правильно ток утечки или утечка тока

Ампер установил, что модуль силы, действующей на прямолинейный проводник с током в магнитном поле, равен произведению магнитной индукции поля В, силы тока в проводнике I, длины проводника и синуса угла между направлениями тока и вектора магнитной индукции sinα.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки.

Если ладонь левой руки расположить так, чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора магнитной индукции поля входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывали направление тока, то отогнутый на 90 0 большой палец укажет направление силы Ампера.

Взаимодействие двух параллельных проводников с током.

Зная закон Ампера, можно объяснить и рассчитать силу притяжения или отталкивания двух параллельных проводников с током.

Каждый из проводников создаёт вокруг себя магнитное поле, которое оказывает действие на соседний проводник. Величина магнитной индукции на расстоянии d от проводника, т.е. в месте расположения соседнего проводника, равна

Рассмотрим два случая – токи текут в одном направлении (случай а) и токи текут в противоположных направлениях (случай б). На рисунке видно, что от направления токов зависит направление вектора магнитной индукции, определяемое по правилу правой руки. Сила Ампера, действующая на каждый из проводников длиной , соответственно равна

Сила называется силой взаимодействия параллельных проводников с током.

Применяя правило левой руки к каждому из проводников, находим для них направление сил Ампера. Как видно из рисунка, направление сил Ампера таково, что при протекании токов в одном направлении проводники притягиваются, а при протекании токов в противоположных направлениях они отталкиваются.

3.Определение единицы измерения силы тока – 1 ампера.

Определение единицы измерения силы тока – 1 ампера – основано на взаимодействии двух параллельных проводников с током.

1 ампер – это такая сила постоянного тока, протекающего по двум прямолинейным, параллельным, бесконечным и очень тонким проводникам, находящимся в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, при которой сила их взаимодействия равна 2 10 -7 Н на каждый метр длины проводников.

Рамка с током в магнитном поле.

Свободная рамка с током, находящаяся в магнитном поле, всегда устанавливается определённым образом, т.е. магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие.

Чтобы охарактеризовать положение рамки с током в магнитном поле, вводится понятие нормали к рамке.

Нормаль к рамке с током – это единичный вектор, перпендикулярный плоскости рамки и образующий с направлением тока правовинтовую систему.

Рамка с током устанавливается в магнитном поле всегда так, чтобы направление её нормали совпадало с направлением вектора магнитной индукции. Такое поведение рамки объясняется действием силы Ампера на стороны рамки.

Расположим рамку между полюсами магнита так, как показано на рисунке.

На горизонтальные стороны рамки сила Ампера не действует, а сила, действующая на вертикальные, зависит от угла, который образуют нормаль рамки и вектор магнитной индукции.

Исследуем несколько положений рамки. Удобнее всего это сделать, если смотреть на рамку сверху. Длина горизонтальной стороны – а, вертикальной – b.

Читайте также:  Что такое импульсный ток высокой частоты

Угол между нормалью и вектором магнитной индукции 90 0 . Силы Ампера, действующие на вертикальные стороны, перпендикулярны плоскости рамки и образуют пару сил, создающих вращающий момент относительно вертикальной оси рамки.

,

где S – площадь рамки.

Рамка поворачивается вокруг вертикальной оси против часовой стрелки.

Между нормалью и вектором магнитной индукции угол α 0 . Возникающие силы Ампера имеют то же самое значение по модулю, но направлены под углом α к плоскости рамки. Если разложить силы Ампера на две составляющие – в плоскости рамки и перпендикулярно к ней, то видно, что составляющие сил Ампера, лежащие в плоскости, равны по модулю и направлены в противоположные стороны. Следовательно, они привели бы к деформации рамки, если бы не были скомпенсированы упругими силами рамки. Перпендикулярные составляющие создают вращающий момент.

Рамка продолжает поворачиваться вокруг вертикальной оси.

Угол между нормалью и вектором магнитной индукции 0 0 . Силы Ампера, действующие на вертикальные стороны, имеют прежнее значение по модулю, но лежат в плоскости рамки и направлены в противоположные стороны. Создать вращающий момент эти силы не могут, они могут только деформировать рамку.

Таким образом, если направления нормали к рамке и вектора магнитной индукции совпадают, то рамка остаётся в состоянии покоя.

Максимальный вращающий момент возникает при взаимно перпендикулярном расположении этих двух векторов.

Произведение силы тока в рамке на её площадь является модулем векторной величины, которая называется магнитным моментом рамки Pm. Направлен этот вектор по нормали к рамке.

Источник



ВРАЩЕНИЕ РАМКИ С ТОКОМ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

date image2015-05-12
views image30880

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Принцип работы электродвигателя.

Если по проволочной рамке в магнитное поле пропустить эл ток, то рамка (контур с током) вращается. Это явление лежит в основе работы электродвигателя.

Рисунок 1.

Вращение рамки происходит вследствие действия силы Ампера на проводник с током.

1. Магнитный момент контура с током.

Магнитный момент

— сила тока в контуре, — площадь поверхности, охватываемой контуром.

– вектор, направленный перпендикулярно поверхности контура (по «нормали» к его поверхности) и связанный с направлением тока в нем правилом правого винта.

Рис.3, а).

Рис.3, б) Рис.3, в)

2. Вращающий (крутящий) момент , действующий на рамку с током.

Сила Ампера, действующая на правую сторону рамки:

Такая же сила действует на левую сторону рамки.

Две силы, равные по величине и противоположно направленные, создают вращающий момент:

который стремится развернуть плоскость рамки перпендикулярно полю.

— площадь контура (рамки).

— магнитный момент контура с током.

— угол между нормалью к плоскости рамки и вектором магнитной индукции (то есть угол между магнитным моментом и вектором ).

Через векторное произведение:

Если рамка расположена вдоль поля, то вращающий момент максимален. = .

Если рамка перпендикулярна полю, то .

Пара сил стремится установить рамку перпендикулярно силовым линиям поля.

Источник