чтобы остановить рамку с током вращающуюся в магнитном поле надо

Помогите с решением. Лабораторная работа № 4 Физика 9 класс Перышкин

Цель работы: Изучить явление электромагнитной индукции.
Оборудование: Миллиамперметр, катушка-моток, магнит дугообразный, источник питания, катушка с железным сердечником от разборного электромагнита, реостат, ключ, провода соединительные, модель генератора электрического тока (одна на класс).
Указания к работе:
1. Подключите катушку-моток к зажимам миллиамперметра.
2. Наблюдая за показаниями миллиамперметра, подводите один из полюсов магнита к катушке, потом на несколько секунд остановите магнит, а затем вновь приближайте его к катушке, вдвигая в неё (рис. 196). Запишите, возникал ли в катушке индукционный ток во время движения магнита относительно катушки; во время его остановки.

Запишите, менялся ли магнитный поток Ф, пронизывающий катушку, во время движения магнита; во время его остановки.
4. На основании ваших ответов на предыдущий вопрос сделайте и запишите вывод о том, при каком условии в катушке возникал индукционный ток.
5. Почему при приближении магнита к катушке магнитный поток, пронизывающий эту катушку, менялся? (Для ответа на этот вопрос вспомните, во-первых, от каких величин зависит магнитный поток Ф и, во-вторых, одинаков
ли модуль вектора индукции В магнитного поля постоянного магнита вблизи этого магнита и вдали от него.)
6. О направлении тока в катушке можно судить по тому, в какую сторону от нулевого деления отклоняется стрелка миллиамперметра.
Проверьте, одинаковым или различным будет направление индукционного тока в катушке при приближении к ней и удалении от неё одного и того же полюса магнита.

4. Приближайте полюс магнита к катушке с такой скоростью, чтобы стрелка миллиамперметра отклонялась не более чем на половину предельного значения его шкалы.
Повторите тот же опыт, но при большей скорости движения магнита, чем в первом случае.
При большей или меньшей скорости движения магнита относительно катушки магнитный поток Ф, пронизывающий эту катушку, менялся быстрее?
При быстром или медленном изменении магнитного потока сквозь катушку сила тока в ней была больше?
На основании вашего ответа на последний вопрос сделайте и запишите вывод о том, как зависит модуль силы индукционного тока, возникающего в катушке, от скорости изменения магнитного потока Ф, пронизывающего этукатушку.
5. Соберите установку для опыта по рисунку 197.
6. Проверьте, возникает ли в катушке-мотке 1 индукционный ток в следующих случаях:
а) при замыкании и размыкании цепи, в которую включена катушка 2;
б) при протекании через катушку 2 постоянного тока;
в) при увеличении и уменьшении силы тока, протекающего через катушку 2, путём перемещения в соответствующую сторону движка реостата.
10. В каких из перечисленных в пункте 9 случаев меняется магнитный поток, пронизывающий катушку 1? Почему он меняется?
11. Пронаблюдайте возникновение электрического тока в модели генератора (рис. 198). Объясните, почему в рамке, вращающейся в магнитном поле, возникает индукционный ток.
48b0367ba2Рис. 196
0e87274e18

Источник

Чтобы остановить рамку с током вращающуюся в магнитном поле надо

Квадратная проводящая рамка со стороной l = 50 см и массой m = 400 г лежит на наклонной плоскости с углом наклона к горизонту, равным 4732a703569514c5db685bc796a7ebafНижняя горизонтальная сторона рамки шарнирно прикреплена к плоскости так, что рамка может без трения поворачиваться вокруг оси О, проходящей через эту сторону (см. рис., вид сбоку). Система находится в однородном горизонтальном магнитном поле с индукцией В = 1 Тл, направленной перпендикулярно оси О. Ток какой силой I и в каком направлении надо пропускать по рамке, чтобы она начала приподниматься над плоскостью, поворачиваясь вокруг оси O?

Рамка с током начнёт поворачиваться, когда момент сил относительно оси O, действующий на рамку в магнитном поле, превысит момент силы тяжести. Если пропускать ток через рамку, то на все стороны рамки будет действовать сила Ампера. Моменты силы, приложенные к боковым сторонам, лежащим в плоскости рисунка, равны нулю. Сила FA, действующая на верхнюю горизонтальную сторону рамки, по модулю равна BIl и должна действовать вверх, для чего ток в ней должен идти «от нас», за плоскость рисунка (см. рис.). Плечо этой силы относительно оси O равно lcos α, а момент силы равен BIl 2 cosα.

Момент силы тяжести относительно оси O равен 63b5f8067421b2bee86a62b5a09a77fa

Таким образом, должно выполнятся соотношение

f5a44959881cae14949677356aaa5baaоткуда 3c72b61a8a3da6e752bcc50d3f0e73af

Критерии оценивания выполнения задания Баллы
Приведено полное решение, включающее следующие элементы:

I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом (в данном случае: закон Ома и закон электромагнитной индукции, формула для магнитного потока);

II) описаны все вводимые в решение буквенные обозначения физических величин (за исключением, возможно, обозначений констант, указанных в варианте КИМ и обозначений, используемых в условии задачи);

III) проведены необходимые математические преобразования и расчёты, приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение«по частям» с промежуточными

IV) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины

3
Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования. Но имеются следующие недостатки.

Записи, соответствующие пункту II, представлены не в полном объёме или отсутствуют.

В решении лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), не отделены от решения (не зачёркнуты; не заключены в скобки, рамку и т.п.).

В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и(или) преобразования/вычисления не доведены до конца.

Отсутствует пунктIV, или в нём допущена ошибка

2
Представлены записи, соответствующие одному из следующих случаев.

Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи, и ответа.

В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи.

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.

8.1

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.

19. 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 1.10рам, создаваемого током рамки в её центре.
в) Определите, как будет изменяться угол между 1.10и 1.10рам 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?

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

8.2

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

Сила Ампера. Рамка в магнитном поле. Электродвигатель и электрогенератор постоянного тока.

Тема: Сила Ампера. Рамка в магнитном поле. Электродвигатель и электрогенератор постоянного тока.

Цели: ознакомить учащихся с действием магнитного поля на проводник с током, с правилом определения направления силы Ампера (правило левой руки); выяснить принцип действия и устройство электродвигателя и электрогенератора постоянного тока, показать их широкое применение на практике.

продолжить формирование научных представлений о магнитном поле, его связи с электрическим током;

формировать умения и навыки применять полученные знания для объяснения принципа действия электродвигателя, решения практических задач в повседневной жизни, обеспечения безопасности своей жизни, рационального природопользования и охраны окружающей среды,

формировать умение проводить эксперимент для определения КПД электродвигателя, способствовать формированию умений собирать электрические цепи, проводить необходимые измерения.

развивать навыки самостоятельного приобретения знаний, умения анализировать и перерабатывать полученную информацию в соответствии с поставленными задачами,

выделять основное содержание прочитанного текста,

развивать умения логически излагать свои мысли, навыки оценки результатов своей деятельности, умения предвидеть возможные результаты своих действий,

развивать познавательный интерес учащихся и коммуникативные способности.

формировать убежденность в возможности познания природы, в необходимости разумного использования достижений науки и технологий для дальнейшего развития человеческого общества, уважение к творцам науки и техники,

формировать интеллектуальные и творческие способности учащихся.

Вид урока: урок изучения нового материала

I . Организационный момент

II . Проверка знаний

Первые 10 минут урока целесообразно посвятить проверке качества усвоения материала по теме «Магнитное взаимодействие. Опыты Эрстеда, Ампера. Силовые линии магнитного поля. Вектор магнитной индукции. Магнитное поле прямого и кругового тока».

III . Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Действие магнитного поля на проводник с током.

2. Сила Ампера. Правило левой руки.

3. Рамка с током в магнитном поле.

4. Устройство электродвигателя постоянного тока.

5. Применение электродвигателей.

При изменении направления электрического тока в проводнике изменяется и направление движения проводника, а значит и действующей на него силы.

Рассмотрим силу, действующую со стороны магнитного поля на проводник с током. Эту силу называют силой Ампера.

Сила Ампера зависит от ориентации проводника относительно вектора магнитной индукции: магнитное поле не влияет на проводник с током, ось которого параллельна к линиям магнитной индукции, сила Ампера максимальна в случае, когда ось проводника перпендикулярна к линиям магнитной индукции.

Модуль силы Ампера зависит только от проекции вектора магнитной индукции на ось, перпендикулярную к оси проводника: B = B sin hello html m2045c852, где hello html m2045c852— угол между вектором магнитной индукции и направлением тока в проводнике.

hello html m3aa4664e

Таким образом, закон Ампера можно записать в виде:

hello html 4d4286

Направление силы Ампера определяют по правилу левой руки:

если раскрытую ладонь левой руки расположить так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывали направление тока в проводнике, то отогнутый в плоскости ладони большой палец покажет направление силы, действующей на проводник со стороны магнитного поля.

hello html m24418aee

Сила Ампера тем больше, чем сильнее магнитное поле магнита, чем больше сила тока в проводнике, а также зависит от длины проводника и его расположения в магнитном поле.

3. Рамка с током в магнитном поле

Рассмотрим действие однородного магнитного поля с магнитной индукцией B на твердую прямоугольную рамку с силой тока в ней I. Будем считать линии магнитного поля горизонтальными.

Рассмотрим, какие силы действуют на противоположные стороны рамки с током в магнитном поле. По ним текут токи, направленные в противоположные стороны. Поэтому силы, действующие со стороны магнитного поля на противоположные стороны рамки, будут противоположно направлены. Эти силы будут поворачивать рамку. Таким образом, магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие: рамка будет поворачиваться до тех пор, пока обе силы Ампера не будут направлены вдоль одной прямой, то есть пока плоскость рамки не станет перпендикулярной магнитных линий.

hello html m33967b51

Положение рамки принято определять по углу а между линиями магнитного поля и перпендикуляром (вектором нормали n ) к площади рамки.

Направление нормали выбирают так, чтобы он был связан с направлением тока в рамке правилом буравчика. Очевидно, что cosβ = sin hello html m2045c852. Итак, на рамку действует момент сил M = BIS · sin hello html m2045c852.

hello html m11db8564

В практике часто используют действие магнитного поля на рамку с то­ком. Поворот рамки учитель объясняет, приме­няя правило левой руки к каждому вертикальному участку рамки. При изме­нении направления тока в рамке она будет поворачиваться в обратном на­правлении. То же самое мы наблюдаем, поменяв местами полюсы магнита.

Пользуясь правилом левой руки, мы уже выяснили, что магнитное поле, действуя на вертикальные стороны рамки, вынуждает ее поворачиваться так, что ее плоскость располагается перпендикулярно силовым линиям по­ля. При этом по инерции рамка каждый раз проходит несколько дальше положения равновесия. Если в момент прохождения рамкой положения равновесия каждый раз изменять направление тока в ней, то она будет не­прерывно вращаться.

Наблюдая опыт, учащиеся должны отчетливо представлять, что враще­ние рамки происходит в результате действия магнитного поля на провод­ники с током, и что в этом процессе происходит превращение электриче­ской энергии в механическую. На рассмотренном явлении основано уст­ройство электродвигателей.

4. Как работает двигатель постоянного тока

Чтобы ротор (подвижная часть электродвигателя) вращался, необходимо решить две главные проблемы.

2). Если направление магнитной индукции и тока в рамке не меняется, то ротор просто остановится в положении устойчивого равновесия. Чтобы обеспечить непрерывное вращение ротора, в двигателях постоянного тока применяют коллектор. Благодаря использованию коллектора направление тока в рамке через каждые полоборота меняется на противоположный. В результате силы, действующие на рамку, вращают ее все время в том же направлении (см. рисунок).

hello html m4827b09b

Итак, чтобы сконструировать электрический двигатель, необходимо иметь: 1) постоянный магнит; 2) ведущий контур; 3) источник тока; 4) коллектор.

Двигатели постоянного тока нашли особенно широкое применение в транспорте (электровозы, трамваи, троллейбусы).

IV . Закрепление изученного

С целью закрепления материала в конце урока можно обсудить решения следующих качественных задач:

1. В троллейбусах установлены электродвигатели постоянного тока. Притягиваются или отталкиваются провода троллейбусной линии?

2. Два параллельных проводника, по которым текут токи в одном направ­лении, притягиваются. Почему же два параллельных электронных пучка от­талкиваются? Можно ли поставить опыт так, чтобы параллельные проводни­ки, по которым текут токи в одном направлении, тоже отталкивались?

3. Через проводник длиной 60 см течет ток силой 1,2 А. Определите наибольшее и наименьшее значение силы Ампера, действующей на проводник, при различных его положений в однородном магнитном поле, индукция которого 1,5 Тл.

4. Определите: направление силы Ампера (рис. 1); полюса магнита (рис. 2); направление тока в проводнике (рис. 3).

Источник

§ 124. Вращение рамки в магнитном поле

Явление электромагнитной индукции при­меняется для преобразования механиче­ской энергии в энергию электрического тока. Для этой цели используются генера­торы, принцип действия которых можно рассмотреть на примере плоской рамки, вращающейся в однородном магнитном поле (рис. 180).

Предположим, что рамка вращается в однородном магнитном поле (В=const) равномерно с угловой скоростью =const. Магнитный поток, сцепленный с рамкой площадью S, в любой момент

img FniW6j

где =t— угол поворота рамки в мо­мент времени t (начало отсчета выбрано так, чтобы при t=0 =0).

При вращении рамки в ней будет воз­никать переменная э.д.с. индукции (см. (123.2))

img 7eUC8Y

изменяющаяся со временем по гармониче­скому закону. При sint=l ξi макси­мальна, т. е.

определяет максимальные значения, до­стигаемые колеблющейся э.д.с. Учитывая (124.2), выражение (124.1) можно запи­сать в виде

Таким образом, если в однородном маг­нитном поле равномерно вращается рам­ка, то в ней возникает переменная э.д.с., изменяющаяся по гармоническому закону. Из формулы (124.2) вытекает, что ξmax (следовательно, и э.д.с. индукции) находится в прямой зависимости от вели­чин со, В и S. В СССР принята стандарт­ная частота тока v = (2)=50 Гц, поэто­му возможно лишь увеличение двух остальных величин. Для увеличения В применяют мощные постоянные магниты или в электромагнитах пропускают значи­тельный ток, а также внутрь электромаг­нита помещают сердечники из материалов с большой магнитной проницаемостью . Если вращать не один, а ряд витков, соединенных последовательно, то тем са-

мым увеличивается S. Переменное напря­жение снимается с вращающегося витка с помощью щеток, схематически изобра­женных на рис. 180.

Процесс превращения механической энергии в электрическую обратим. Если через рамку, помещенную в магнитное по­ле, пропускать электрический ток, то в со­ответствии с (109.1) на нее будет дей­ствовать вращающий момент и рамка на­чнет вращаться. На этом принципе основана работа электродвигателей, пред­назначенных для превращения электриче­ской энергии в механическую.

§ 125. Вихревые токи (токи Фуко)

Индукционный ток возникает не только в линейных проводниках, но и в массивных сплошных проводниках, помещенных в пе­ременное магнитное поле. Эти токи оказы­ваются замкнутыми в толще проводника и поэтому называются вихревыми. Их так­же называют токами Фуко — по имени первого исследователя.

Токи Фуко, как и индукционные токи в линейных проводниках, подчиняются правилу Ленца: их магнитное поле на­правлено так, чтобы противодействовать изменению магнитного потока, индуциру­ющего вихревые токи. Например, если между полюсами невключенного электро­магнита массивный медный маятник со­вершает практически незатухающие коле­бания (рис. 181), то при включении тока он испытывает сильное торможение

img 62lgD8

и очень быстро останавливается. Это объясняется тем, что возникшие токи Фу­ко имеют такое направление, что действу­ющие на них со стороны магнитного поля силы тормозят движение маятника. Этот факт используется для успокоения (дем­пфирования) подвижных частей различ­ных приборов. Если в описанном маятнике сделать радиальные вырезы, то вихревые токи ослабляются и торможение почти отсутствует.

Вихревые токи помимо торможения (как правило, нежелательного эффекта) вызывают нагревание проводников. По­этому для уменьшения потерь на нагрева­ние якоря генераторов и сердечники трансформаторов делают не сплошными, а изготовляют из тонких пластин, отде­ленных одна от другой слоями изолятора, и устанавливают их так, чтобы вихревые токи были направлены поперек пластин. Джоулева теплота, выделяемая токами Фуко, используется в индукционных ме­таллургических печах. Индукционная печь представляет собой тигель, помещаемый внутрь катушки, в которой пропускает­ся ток высокой частоты. В металле воз­никают интенсивные вихревые токи, спо­собные разогреть его до плавления. Такой способ позволяет плавить металлы в ваку­уме, в результате чего получаются сверх­чистые материалы.

Вихревые токи возникают и в прово­дах, по которым течет переменный ток. Направление этих токов можно определить по правилу Ленца. На рис. 182, а показано направление вихревых токов при возраста­нии первичного тока в проводнике, а на

img eij4bJ

рис. 182, б — при его убывании. В обоих случаях направление вихревых токов тако­во, что они противодействуют изменению первичного тока внутри проводника и спо­собствуют его изменению вблизи повер­хности. Таким образом, вследствие воз­никновения вихревых токов быстропеременный ток оказывается распределенным по сечению провода неравномерно — он как бы вытесняется на поверхность про­водника. Это явление получило название скин-эффекта (от англ. skin — кожа) или поверхностного эффекта. Так как токи вы­сокой частоты практически текут в тонком поверхностном слое, то провода для них делаются полыми.

Если сплошные проводники нагревать токами высокой частоты, то в результате скин-эффекта происходит нагревание только их поверхностного слоя. На этом основан метод поверхностной закалки ме­таллов. Меняя частоту поля, он позволяет производить закалку на любой требуемой глубине.

Источник

Читайте также:  мастика для кровли гаража какая лучше
Оцените статью
Мой дом
Adblock
detector