Произошла авария и город погрузился во тьму! Только фары редких, проезжающих машин косыми лучами освещали ослепшие окна домов... Но вот, поздно ночью аварию устранили и?.. И ровно в 00 часов, нуль-нуль минут, включили рубильник и?.. А теперь вопрос!? Через какое время у Вас в доме опять вспыхнет свет и жизнь наладится? Через какое время электроны вышедшие из чрева электростанции доползут до Вашего дома, если?.. Если электростанция находится в двухстах километров от Вашего дома, а скорость электронов под воздействием электрического поля равна 0,1 мм/сек.!? Если Вы сразу же глубоко задумались... Если Вы взяли в руки калькулятор и?.. Значит всё, что здесь написано и далее, именно для Вас уважаемые «домохозяйки»!

Почему «домохозяйки», в смысле слово взято в скобочки? Да потому, что «домохозяйки» это не только женщины всю жизнь стоящие у «Вечного огня», но отчасти и мужики, ни черта не делающие и в своих казалось бы сугубо мужских делах, разбираются хуже любых домохозяек! У меня на работе есть такие инфантильные особи муженского пола. Они и думают не головой и как оказалось и руки у них растут оттуда же!

Пришли мы как-то в гости к своим не очень знакомым. Хозяина дома не оказалось, только его жена. И вот как обычно женщины удалились на кухню, - посплетничать естественно. Мне ничего не оставалось, как ходить по квартире и как бы с любопытством всё вокруг разглядывать... Всё было как у всех, но одна вещь меня очень заинтересовала! На стене висела узорчатая, большая, мельхиоровая ложка. Кто помнит семидесятые-восьмидесятые, тот понял о чём речь. Ложка, как ложка вот только тыльная сторона вся в каких-то царапинах, выбоинах.
«Это, что с ней?» - показывая ложку, спросил я хозяйку.
- У нас же молотка в доме нет! Вот мы ей гвозди и забиваем!..

Всего моих мини-лекций семь. Насколько возможно постараюсь Вас не нагружать подробностями. Думаю, что Вы узнаете что-то новое для себя, полезное и посмотрите на всё другими глазами!? Возможно появится и восьмая мини-лекция? Всё зависит от Вашей реакции уважаемые читатели!

Возвратимся к теме поднятой в прошлой лекции. Тема уменьшения потерь при передаче электроэнергии на большие расстояния. Пути к уменьшению разные. Первым, что приходит на ум, это применение металлов для проводов с малым сопротивлением и это верно. Но!? Но скажем замена алюминиевых проводов на медные даст выигрыш, - медь имеет так называемое удельное сопротивление меньше чем у алюминия в 1,65 раза, но зато вес меди (удельный) в 3,3 раза больше чем у алюминия! И без того громадные сооружения линий передач станут ещё более громоздкими. Где же выход? Выход в повышении напряжения при передаче на большие расстояния. Скажем не 220 вольт, а 1150000 вольт.? Это значит, что для передачи одной и той же мощности при помощи высокого напряжения ток уменьшится 5227 раз (вспомните закон Ома!?). Соответственно и потери на нагрев улицы уменьшится! Но как получить такое сумасшедшее напряжение и что потом с ним делать на приёмной стороне?! Прямо так сунуть к нам в квартиру, дом? И делайте со всем этим что хотите? Получается замкнутый круг в виде квадрата! Но выход был найден благодаря открытиям и изобретением электромагнитной индукции и переменного тока!

К открытию вели два факта: ток протекающий по проводнику создавал магнитное поле и наоборот магнитное поле создавало электрический ток в проводнике. Получается, что протекающий по проводнику ток индуцировал в рядом расположенном проводнике такой же ток! Вот только была одна неувязка всё это происходило в мгновения в момент включения либо выключения тока. Постоянный ток не мог индуцировать такой же ток в расположенном рядом проводнике, увы! И только когда был изобретён переменный ток, решение сдвинулось с мёртвой точки!

Что же это за такой переменный ток и откуда его взять? Химические источники в этом случае не могли помочь. А кто мог? Генератор переменного тока. Вспомните как работает генератор постоянного тока? В момент перехода рамки от влияния одного полюса магнита к другому происходило переключения щёток токосъёмника (коллектора) и во внешнюю цепь приходили всплески постоянного тока горбообразной формы. В тоже время ток в самой рамке имел вид синусоиды. Так, что до изобретения генератора переменного тока нужно было лишь не переключать щётки, а снимать ток непрерывно с каждого плеча рамки! Что и было сделано рис7. В итоге мы получили ток синусоидальной формы рис6. И стало быть периодически меняющий своё направление и что главное всё время возрастающий и убывающий! Вот теперь такой ток мог непрерывно индуцировать на соседнем проводнике такой же синусоидальный ток, а это было наиважнейшее открытие! Только Вы ещё это не осознали, я так думаю!?

Если постоянный ток характеризуется величиной и направлением, то с переменным такой фокус не пройдёт! Итак, переменный ток описывается синусоидальной функцией и стало быть он периодичен и имеет период выраженный временным интервалом Т рис6. Обратная величина есть частота F показывающая сколько раз в секунду пройдёт периодов тока. Для нашей страны это пятьдесят периодов в секунду. Ток меняет своё направление пятьдесят раз за секунду! В западных странах шестьдесят раз. Если период Т измеряется в единицах времени, то частота в герцах по имени немецкого учёного Генриха Герца. И естественно по мере надобности с соответствующими приставками.

Чем же ещё характеризуется переменный ток кроме периода и частоты? Амплитудой, максимальной величиной которую мог достигнуть ток и так называющем действующим значением тока или напряжения. Что это такое? Если взять какой-то отрезок времени, то за этот отрезок переменный ток может совершить работу (нагрев), что и постоянный за это же время. Причём получается что эта величина постоянного тока будет равна 0,707 от амплитуды переменного тока! Кстати почти все приборы проградуированы в действующих значениях. Стало быть амплитудное значение будет равно не 220 вольт, а 311 вольт, то с чем Вы можете соприкасаться! А Вы и не подозревали!?

А только ли вот такой искусственный ток будет переменным? Нет конечно. Музыка, речь преобразуется в электрический ток. И он тоже переменный и неважно, что не периодический и не очень синусоидальный, а главное, - его величина меняется во времени! К чему это я? Посмотрите на рис14. Здесь показан отрезок столба и с отрезком телефонной линии. Наверное нет такого человека, кто бы не видел провода бегущие вдоль дорог. Я на 99% уверен что если человек не занят в сфере связи или не имел к этому никакого отношения, - не знает о том, о чём я хочу Вам сказать! Посмотрите как на этом столбе провода а и б меняются местами. И если проследить далее, то через определённое расстояние они опять поменяются местами! И если бы была возможность сжать расстояние всей линии, то Вы бы с удивлением увидели, что провода как бы скручиваются в спираль. В телефонной связи и не только, такие фокусы с проводами называют скрещиванием. Смысл всего этого в том, что с одной линии на другую наводятся токи и стало быть слышны абоненту разговоры ведущиеся по другим линиям. При скрещивании через некоторое расстояние провода меняются местами и на проводе по которому только что шёл ток в одном направлении начал наводиться ток другого направления. В итоге происходит как бы самоуничтожение наводимых токов. А витая пара как раз и сделана так чтобы как можно сильнее развести наводящиеся токи с пары на пару проводов.

В описанном выше случае имеет место быть негативное проявление этой самой электромагнитной индукции. А, что же позитивного? Как оказалось, что есть интерес в том чтобы именно наводились токи с одного провода на другой! Одним словом был изобретён трансформатор рис12. На рисунке внешний вид трансформатора и рядом его схема. Две обмотки находятся на так называемом сердечнике. Та которая подключена к источнику переменного тока называется первичной, другая соответственно вторичной. Если число витков на обеих обмотках равны, то на вторичной обмотке будет такое же напряжение как и на первичной. В тоже время обмотки гальванически не связаны друг с другом, только магнитным полем. Если на вторичной число витков больше чем на первичной, то этот трансформатор с повышающей обмоткой. А если наоборот, вторичная содержит меньше, - то понижающий. Достаточно много трансформаторов с различными обмотками и напряжениями. На рис10 одна из первых конструкций трансформатора, а на рис11. унифицированный тип трансформатора с множеством обмоток и напряжений, - вариантов много. И если на рис11. домашний трансформатор с габаритными размерами 100х100х100 мм., то на рис13. огромный (выше человеческого роста) промышленный трансформатор. Существуют ещё больших размеров, рассчитанные на большие напряжения и мощности.

Вот мы и подошли к самому главному вопросу, как сделать так чтобы и волки были сыты и овцы целы!? Электростанция вырабатывает электрический ток относительно небольшого напряжения. Трансформатор повышает его до 1150000 вольт и передаётся по линии электропередач (ЛЭП) по полям и лесам за тысячи километров! В конце пути другой трансформатор понижает напряжение до 220 вольт. И нате Вам, пользуйтесь на здоровье! Если же для дома, для семьи нужно более высокое напряжение (печь СВЧ около 3000 вольт.), пожалуйста трансформатор к Вашим услугам. Если меньше 220-ти и здесь трансформатор, - запросто Вам напряжение понизит.

И напоследок на рис8. показано применение трансформаторов в быту. Это часть схемы радиоприёмника «Рекорд-60», выпущенный в 1960-ом году. Применяемый здесь трансформатор называют силовой и он питает весь радиоприёмник, давая 250 вольт и 5-6 вольт для накала радиоламп. Здесь вторичные обмотки (они справа) гальванически развязаны с сетью 220 вольт (обмотки слева). На рис9 часть схемы радиоприёмника «Москвич» пятидесятых годов. Здесь применяют так называемый автотрансформатор. У него одна большая обмотка (и первичная и вторичная и всё в одном флаконе)! Если в сети 220 вольт, то автотрансформатор только понижающий. Если же в сети 127 или 110 вольт (было и такое), то трансформатор и понижающий и повышающий, одновременно! На схеме именно он такой и переключен на напряжение сети 127/110 вольт. К сожалению вся схема радиоприёмника жёстко, гальванически связана с электрической сетью 220 вольт!

2. С автомобиля сняли груз, масса которого в 5 раз превышает массу самого автомобиля. Во сколько раз изменился импульс автомобиля, если он после разгрузки

продолжил движение с той же скоростью, что и до разгрузки?
А) увеличился в 5 раз Б) уменьшился в 5 раз
В) уменьшился в 6 раз Г) не изменился

1) во сколько раз нужно уменьшить массу груза пружинного маятника, чтобы период колебаний уменьшился в 4 раза 2) Какое количество теплоты

необходимо затратить, чтобы нагреть кусок льда массой 0.2кг от -10С до тепмературы плавления?

3) при попадении солнечного света на капли дождя образуется радуга, появление в радуге полос различного цвета обусловлено каким явленем?

4) Два аллюминиевых проводника одинаковой длины имеют разную площадь поперечного сечения: площадь поперечного сечения первого проводника 0.5мм кв, а второго проводника 4 мм кв. Сопротивление какого из проводников больше и во сколько раз?

При ответе указывайте номер вопроса, спасибо.

1. Электрическим током называется... A). движение электронов. Б). упорядоченное движение заряженных частиц. B). упорядоченное движение электронов. 2.

Чтобы создать электрический ток в проводнике, надо... A). создать в нем электрическое поле. Б). создать в нем электрические заряды. B). разделить в нем электрические заряды. 3. Какие частицы создают электрический ток в металлах? A). Свободные электроны. Б). Положительные ионы. B). Отрицательные ионы. ^ 4. Какое действие тока используется в гальванометрах? А. Тепловое. Б. Химическое. В. Магнитное. 5. Сила тока в цепи электрической плитки равна 1,4 А. Ка­кой электрический заряд проходит через поперечное сечение ее спирали за 20 мин? A). 3200 Кл. Б). 1680 Кл. B). 500 Кл. ^ 6. На какой схеме (рис. 1) амперметр включен в цепь пра­вильно? А). 1. Б). 2. В). 3. 7. При прохождении по проводнику электрического заряда, равного 6 Кл, совершается работа 660 Дж. Чему равно напря­жение на концах этого проводника? А). 110 В. Б). 220 В. В). 330В. ^ 8. На какой схеме (рис. 2) вольтметр включен в цепь пра­вильно? А). 1. Б). 2. 9. Два мотка медной проволоки одинакового сечения имеют соот­ветственно длину 50 и 150 м. Ка­кой из них обладает большим со­противлением и во сколько раз? А). Первый в 3 раза. Б). Второй в 3 раза. ^ 10. Какова сила тока, проходящего по никелиновой проволоке длиной 25 см и сечением 0,1 мм2, если напряжение на ее кон­цах равно 6 В? А). 2 А. Б). 10 А. В). 6 А

4. Мы не можем видеть движущиеся в металлическом проводнике электроны. О наличии электрического тока в цепи мы можем судить по действиям тока. Какие

действия не относятся к действиям, которые вызывает электрический ток? А) тепловое; В) механическое; С) магнитное; D) химическое. 5. В давние времена предполагали, что во всех проводниках могут перемещаться как положительные, так и отрицательные электрические заряды. Движение каких частиц в электрическом поле принято за направление тока? А) положительных зарядов; В) электронов; С) нейтронов; D) отрицательных ионов. 6. Ампер Андре Мари – французский физик и математик. Он создал первую теорию, которая выражала связь электрических и магнитных явлений. Амперу принадлежит гипотеза о природе магнетизма. А какое понятие он ввел в физику впервые?А) сила тока; В) электрический ток; С) электрон; D) электрический заряд. 7. Работу сил электрического поля, создающего электрический ток, называют работой тока. Она зависит от силы тока. Но не от одной силы тока зависит работа. От какой еще величины она зависит? А) напряжения; В) мощности; С) количества теплоты; D) скорости. 8. Для измерения напряжения на полюсах источника тока или на каком-нибудь участке цепи применяют прибор, называемый вольтметром. Многие вольтметры по внешнему виду очень похожи на амперметры. Для отличия его от других приборов на шкале ставят букву V. А как же вольтметр включают в цепь? А) параллельно; В) последовательно; С) строго за аккумулятором; D) подключают к амперметру. 9. Зависимость силы тока от свойств проводника объясняется тем, что разные проводники обладают различным электрическим сопротивлением. От чего же не зависит сопротивление? А) от различия в строении кристаллической решетки; В) от массы; С) от длины; D) от площади поперечного сечения. 10. Существует два способа соединения проводников: параллельное и последовательное. Очень удобно применять параллельное соединение потребителей в быту и в технике. Какая из электрических величин одинакова для всех проводников, соединенных параллельно: А) сила тока; В) напряжение; С) время; D) сопротивление. 11. За 5 с движения тело проходит путь, равный 12,5 м. Какой путь пройдет тело за 6 с движения, если тело движется с постоянным ускорением? А) 25 м; В) 13 м; С) 36 м; D) 18 м. 12. Ученик проехал одну треть пути на автобусе со скоростью 60 км/ч, еще треть пути – на велосипеде со скоростью 20 км/ч. Последнюю треть пути прошел со скоростью 5 км/ч. Определите среднюю скорость движения. А) 30 км/ч; В) 10 км/ч; С) 283 км/ч; D) 11,25 км/ч. 13. Плотность воды принята равной 1000 кг/м3 , а плотность льда – 900 кг/м3. Если льдина плавает, выдаваясь на 50 м3 над поверхностью воды то каков объем всей льдины? А) 100 м3; В) 200 м3; С) 150 м3; D) 500 м3. 14. На концах тонкого стержня длиной L закреплены грузы и (). Стержень подвешен на нити и расположен горизонтально. Найдите расстояние х от груза m1 до точки подвеса нити. Массой стержня пренебречь.А) х = (L∙m2) / (m1 – m2); В) х = (L∙m2) / (m1 + m2); С) х = (L∙m1) / (m1 – m2); D) х = (L∙m1) / (m1 + m2). 15. Альпинисты поднимаются к вершине горы. Как изменяется атмосферное давление по мере движения спортсменов? А) увеличится; B) не изменится; C) нет правильного ответа. D) уменьшится;

13. /20.Магнитное поле.doc
14. /21.сила Лоренца.doc
15. /22.Правило Ленца.doc
16. /23.колебания и волны.doc
17. /23ст.doc
18. /24.маятники.doc
19. /24ст.doc
20. /25.Эл.м кол и волны.doc
21. /26. Переменный ток.doc
22. /27.отражение и преломление.doc
23. /28.Линзы.doc
24. /29.Волновая оптика.doc
25. /3.вращ.doc
26. /30.кванты.doc
27. /31.Строение ядра.doc
28. /32.СТО.doc
29. /4.Законы Ньютона.doc
30. /5.З-н Вс тягот.doc
31. /6.Импульс,ЗСИ.doc
32. /7.ЗСЭ.doc
33. /8.Статика.doc
34. /9.Гидростатика.doc Равномерное поступательное движение
Тест 12. Применение первого закона термодинамики к процессам в идеальном газе. Кпд тепловой машины
Плотность: удельная теплоемкость: удельная теплота парообразования
Закон Кулона. Электрическое поле
Тест 15. Потенциал электрического поля
Тест 16. Электроемкость А1
Закон Ома для участка цепи
Закон Ома для полной цепи. Эдс
Тест 2 Равноускоренное движение
Тест 20. Магнитное поле. Закон Ампера
Тест 21. Движение заряженных частиц в магнитном поле. Сила Лоренца. А1
Закон Фарадея. Правило Ленца, индуктивность. Самоиндукция
Тест 23. Основные понятия теории колебаний. Волны. А1
Тест 23. Основные понятия теории колебаний. Волны. 441
Тест 24. Механические колебания и волны. Математический и пружинный маятник. А1
Тест 24. Механические колебания и волны. Математический и пружинный маятник. 460
Тест 25. Электромагнитные колебания и волны А1
Тест 26. Переменный ток А1
Тест 27. Законы отражения и преломления А1
Тест 28. Линзы. Al
Тест 29. Волновая оптика А1
Тест 3 Вращательное движение
Тест 30. Световые кванты. Фотоэффект. Боровская модель атома водорода. Спектры, излучение и поглощение света
Закон радиоактивного распада. Правило смещения для α распада имеет вид: 1 a z x→ a 4 z 2 y + 4
Тест 32. Относительность длины и промежутков времени. Связь массы и энергии. А1
Тест Законы Ньютона. Силы
Закон Всемирного тяготения. Вес. Размерность гравитационной постоянной в системе си может быть представлена в виде 1 кг∙м 2 /c 2 2 м 2 / кг∙c 2 3 м 3 / кг 2 ∙c 2 4 м 2 / кг 2 ∙c 2 5 м 3 / кг∙c 2
Закон сохранения импульса. Работа. Энергия. Мощность. Размерность импульса силы в системе си можно представить в виде 1 Н∙м; 2 Н∙с; 3 Н/с; 4 Н/м; 5 Н/м движение тела массой 2 кг описывается уравнением Х = 30
Тест Закон сохранения в механике. Превращения энергии
Тест Статика. Условия равновесия
Тест Гидростатика
скачать doc

Тест 22. Электромагнитная индукция. Закон Фарадея.

Правило Ленца, индуктивность. Самоиндукция

А1 . Зависимость от времени t магнитного потока Ф, пронизывающего виток, показано на рис. Чему равен ток в витке, если его сопротивле­ние равно 1 Ом?

1)0,3 А; 2) 1А; 3)0,6А; 4) 0,4А; 5)6А

А2 . Стороны а одного и b другого квадратных контуров, лежащих в одной плоскости, в которых при одинаковой скорости изменения индукции магнитного поля, пронизывающие эти контуры, возни­кают ЭДС индукции соответственно 16В и 4В. связаны между со­бой соотношением: l)а=8b; 2) а=4b; 3)a=2b; 4)a=0,5b; 5) а=0,25b.

A3. Сколько раз в секунду изменяет свое направление электриче­ский ток, индуцируемый в замкнутом проволочном витке, вращающемся между двумя полюсами N и S с частотой 6000 об/мин?

1) 100; 2) 300 3) 50; 4) 200: 5) 120,

А4 . В однородном магнитном поле, индукция которого равна 1 Тл движется проводник длиной 1м. Скорость проводника 15м/с и направлена перпендикулярно магнитному полю. Индуцирован­ная в проводнике ЭДС равна 1)1,5 В; 2)0,15В; 3)15В; 4)1,5∙10 2 В; 5) 6,28 В.

А5 . В вертикальном однородном магнитном поле с индукцией В вращается в горизонтальной плоскости стержень длиной ℓ с по­стоянной частотой ν. Ось вращения проходит через конец стержня. Возникающая в стержне ЭДС индукции, находится по формуле 1)2π Bνℓ 2 ; 2)π Bνℓ 2 ; 3)Bνℓ 2: ; 4)4π 2 Bνℓ 2 ; 5)Bℓ 2 /4π 2 ν

А6 . Какая средняя ЭДС возникает в катушке, содержащей 400 вит­ков, если изменение магнитного потока на 0,8Вб происходит за 0,2с? 1) 800 В; 2) 40 В; 3) 3,2 кВ; 4) 1,6 кВ; 5) 4,8 кВ.

А7. Определить индуктивность катушки, если при изменении в ней тока от 1А до 5А за 0,2с в катушке возникает ЭДС са­моиндукции, равная 20В. 1)1Гн; 2)2Гн; 3)3Гн; 4)0,5Гн; 5)10Гн.

A 8 . Сила тока в катушке длиной 0,6 м и площадью поперечного се­чения 4см 2 с индуктивностью 4∙10 -2 Гн равна 1,55А. Какова объ­емная плотность энергии магнитного поля внутри катушки 1) 2∙10 4 Дж/м 3 ; 2) 2∙10 3 Дж/м 3 ;

3) 2∙10 2 Дж/м 3 ; 4} 0,2 Дж/м 3 ; 5) 4∙10 3 Дж/м 3

А9 . Виток провода находится с магнитном поле, и своими кон­цами замкнут на амперметр Значение магнитной индукции пиля меняется с течением времени согласно графика на рис. В какой промежуток времени амперметр покажет наличие электрического тока в витке? 1) от 1 до 2 с и от 4 до 5 с; 2)от 0 до 1с и от 2 до 4с; 3)во все промежутки времени от 0 до 5с; 4)от 2 до 3с; 5)от 1 до 2с и от 4 до 5с.

А10 . На рисунке представлен график изменения силы тока с течением времени в катушке с индуктивностью 10мГн. Величина ЭДС самоиндукции равна 1)5мВ; 2)50мВ; 3)25мВ; 4)6мВ; 5)15мВ.

А 11 , Проволочный виток диаметром 8см и сопротивлением 0,01 Ом находится в однородном магнитном поле с индукцией Bi=0,04 Тл. Плоскость витка составляет угол α=30º с линиями вектора В. Какой заряд q протечет по витку, если магнитное поле выклю­чить? 1)0,1 Кл; 2)0,01Кл 3)1Кл; 4)2Кл; 5)0,4Кл.

А12. В катушке с индуктивностью 4 Гн сила тока равна 3А. Чему будет равна сила тока в этой катушке, если энергия магнитного поля уменьшится в 3 раза?

1) 1,5 А; 2) 3А; 3) 2 А; 4) 1,73 А; 5) 2,14 А.

А13 . В однородном магнитном поле находится плоский виток площадью 50 см 2 , расположенный перпендикулярно полю. Какой ток потечет по витку, если индукция будет убывать с постоянной скоростью 0,01 Тл/с? Сопротивление витка 2 Ом. 1)2,5∙10 5 А; 2) 10 -5 А; 3) 10 -4 А; 4) 10 -3 А; 5) 2,5∙10 4 А.

А14 . Магнитный поток через соленоид, содержащий 1000 витков провода, равномерно убывает со скоростью 30 мВб/с. ЭДС индукции в соленоиде равна 1) 120В; 2} 150 В; 3) 12 В; 4) 60 В; 5) 30 В,

А15 . Замкнутый проводник в виде квадрата общей длиной ℓ и сопротивлением R расположен в горизонтальной плоскости и находится в вертикальном магнитном поле с индукцией В. Если, потянув за противоположные углы квадрата, сложить проводник вдвое, то по проводнику потечет заряд q

1) q=Bℓ 2 /4R; 2)R/ B∙ (ℓ/4) 2 ; 3) B/ R∙ (ℓ/4) 2: ; 4) Bℓ 2 / R; 5)Bℓ 2 /2R

A 16 . В однородном магнитном поле с индукцией 5 Тл равномерно вращается катушка из 10 витков. Площадь поперечного сечения катушки 100 см 2 . Ось вращения перпендикулярна оси катушки и вектору В . Угловая скорость вращения катушки 10 с -1 , Макси­мальная ЭДС в катушке равна 1)1 В; 2) 2,5 В; 3) 5 В; 4) 10 В; 5) 20 В.

А
17 . Определить энергию магнитного поля соленоида., в котором при силе тока 5 А возникает магнитный поток 1Вб. 1)0,бДж; 2)2Дж; 3)2,5Дж; 4)1,25Дж; 5) 5 Дж.
В1 . Какой должна быть индуктивность дросселя (в Гн), чтобы при силе тока в его обмотке, равной 2А, энергия магнитного поля оказалась равной 200 Дж?

В2. Если сила тока в катушке с индуктивностью 15 Гн изменяется со временем, как показано на графике, то максимальное значение ЭДС самоиндукции в

катушке равно (в Вб):

В3 . Плоский виток медного провода с удельным сопротивлением 1,7∙10 -8 Ом∙м помещается в магнитное поле, силовые линии которого перпендикулярны плоскости витка. Диаметр витка 20 см, диаметр проволоки витка 2 мм. По витку течет ток 10 А, Скорость изменения магнитной индукции ∆B/ ∆t равна (в мТл/с).

Многополюсные генераторы переменного тока

Если ротор генератора имеет одну пару полюсов (см. рис. 18.4),то частота ЭДС, индуцируемой вгенераторе, оказывается равной частоте вращения ротора, так как один оборот ротора соответствует одному периоду индуцируемой ЭДС. Для получения ЭДС с частотой n = 50 Гц двигатель, приводящий в движение ротор генератора с одной парой полюсов, должен вращаться с частотой 50 об/с. Некоторые двигатели (например, водяные турбины) не могут развивать такие скорости вращения. Поэтому, кроме генераторов с одной парой полюсов, изготавливаются многополюсные генераторы, укоторых ротор имеет несколько пар полюсов.

Рис. 18.5

На рис. 18.5 представлена схема устрой­ства генератора: 1 – неподвижный якорь, 2 – вращающийся индуктор, 3 – контактные кольца; 4 – скользящие по ним щетки.

При наличии п пар полюсов частота индуцированной ЭДС в генераторе равна

n = пр , (18.1)

где п – частота вращения; р – число пар полюсов индуктора генератора.

Читатель : Не понимаю, каким образом число пар полюсов может повлиять на частоту ЭДС! Ведь частота ЭДС должен равняться частоте вращения ротора, потому что если Ф = Ф 0 sinwt , то ℰ = –Ф t ¢ = wФ 0 coswt ! И от количества полюсов аргумент косинуса никак не зависит.

Рассмотрим два положения рамки (вид сверху) (рис. 18.6, б и в ) в этом поле. Заметим, что в силу симметрии схемы магнитный поток через рамку в случае на рис. 18.6, б точно такой же, как и в случае на рис. 18.6 в . То есть два положения рамки, отличающиеся друг от друга поворотом на (360:2) = 180° «с точки зрения» потока, пронизывающего рамку, абсолютно одинаковы. Это означает, что период изменения потока сократился ровно в 2 раза, следовательно, частота изменения потока (а значит, ЭДС индукции) в 2 раза возросли.

Другое дело, что с учетом более сложной геометрии данной схемы закон , по которому изменяется поток через рамку, более сложный, чем Ф = Ф 0 sinwt.

Рис. 18.8

На рис. 18.8 показан вращающийся индуктор генератора 1 (ротор) и якорь (статор) 2 ,в обмотке которого индуцируется ток. Нетрудно убедиться, что при наличии большого числа пар полюсов (р > 2) период ЭДС равен времени, необходимому для поворота ротора на часть окружности, занимаемую одной парой полюсов. Если в статоре р пар полюсов, то период равен времени поворота на .

Задача 18.2. Ротор генератора переменного тока имеет 12 пар полюсов и вращается с частотой 1500 оборотов в минуту. Какова частота электрического тока? Сколько раз в секунду этот ток меняет свое направление?

Ответ : n = пр = 300 Гц; 600 раз в секунду.

В начале предыдущей главы мы уже говорили о том, что в современной технике применяются почти исключительно индукционные генераторы электрического тока, т. е. машины, в которых э. д. с. возникает в результате процесса электромагнитной индукции. Поэтому слово «индукционный» обычно опускают и говорят просто об электрических генераторах, имея в виду именно эти индукционные генераторы.

В § 138 мы разобрали простейшую модель индукционного генератора и показали, что э. д. с., возникающая в катушке, вращающейся в магнитном поле, является переменной; поэтому переменным является и ток, получаемый от индукционного генератора, если не принять специальных мер для его выпрямления, т. е. для превращения его в постоянный, или прямой, ток, не меняющий своего направления. Конечно, современные технические генераторы, строящиеся часто на огромные мощности (до 200-400 тысяч киловатт в одной машине), несравненно сложнее, чем наша модель. Такая машина со всеми дополнительными устройствами для контроля и регулирования ее работы, защиты ее от аварий, распределения тока между потребителями и т. д. представляет собой очень сложное техническое сооружение (рис. 322). Однако все основные части ее, принципиально необходимые для работы любого генератора, как бы сложен он ни был, можно выделить и на нашей простой модели. Такими частями являются: а) индуктор – магнит или электромагнит, создающий магнитное поле; б) якорь – обмотка, в которой при изменении магнитного потока возникает индуцированная э. д. с.; в) контактные кольца и скользящие по ним контактные пластинки (щетки), при помощи которых снимается или подводится ток к вращающейся части генератора. Вращающаяся часть называется ротором генератора, а неподвижная часть его – статором.

Рис. 322. Мощный индукционный генератор

В нашей модели э. д. с. индукции возникала при вращении якоря в поле индуктора, т. е. якорь был ротором, а индуктор – статором. Но, конечно, можно, наоборот, вращать индуктор, а якорь оставлять неподвижным. Таким образом, как ротор, так и статор могут выполнять роль индуктора или роль якоря. И в том и в другом случае ротор должен быть снабжен контактными кольцами и щетками, осуществляющими непрерывный контакт во время его вращения. Ясно, однако, что удобнее проводить через такие скользящие контакты сравнительно небольшой ток, необходимый для намагничивания индуктора. Ток же, генерируемый в якоре большого генератора, достигает огромной силы, и этот ток удобнее снимать с неподвижных катушек, не требующих скользящих контактов. Поэтому в мощных генераторах предпочитают в качестве якоря использовать статор, а в качестве индуктора – ротор.

Для того чтобы получать большие магнитные потоки через обмотки якоря, а следовательно, и большие изменения этих потоков, якорь снабжают железным сердечником, концы которого имеют такую форму, чтобы между полюсами магнита и сердечником оставался лишь небольшой зазор, необходимый для вращения. В качестве индуктора, создающего магнитное поле, в технических генераторах почти всегда применяют электромагниты (рис. 323). Лишь в очень редких случаях, при конструировании генераторов малой мощности, применяют в качестве индукторов постоянные магниты. Это делается, например, в так называемых магнето – небольших генераторах, применяемых в некоторых типах двигателей внутреннего сгорания для зажигания с помощью искры горючей смеси в цилиндрах двигателя.

Рис. 323. Катушка, намотанная на железный сердечник, вращается в поле электромагнита. Магнитный поток через катушку: а) велик; б) мал. При вращении катушки магнитный поток изменяется и в ней индуцируется переменный ток

На рис. 324 показана схема, а на рис. 325 общий вид генератора переменного тока с вращающимся индуктором и неподвижным якорем. Ротор (индуктор) этого генератора показан отдельно на рис. 326. Как видим, этот ротор представляет собой цилиндр с выступами, на которые надеты катушки. Обмотки на этих катушках, по которым проходит постоянный ток, создающий магнитное поле, соединены так, что на отдельных выступах мы имеем поочередно северные и южные полюсы электромагнитов (рис. 327). Число пар этих полюсов обычно довольно велико: 4, 6, 8, ... Делается это вот из каких соображений.

Рис. 324. Схема устройства генератора: 1 – неподвижный якорь, 2 – вращающийся индуктор,

3 – контактные кольца, 4 – скользящие по ним щетки

Рис. 325. Общий вид генератора переменного тока с внутренними полюсами. Ротор является индуктором, а статор – якорем

Рис. 326. Ротор (индуктор) генератора переменного тока с внутренними полюсами. На валу ротора справа показан ротор вспомогательной машины, дающей постоянный ток для питания индуктора

Рис. 327. Вращающийся индуктор генератора 1 (ротор) и якорь (статор) 2, в обмотке которого индуцируется ток

Если бы мы имели в индукторе только одну пару полюсов, то период переменного тока соответствовал бы времени одного полного оборота ротора. Таким образом, для получения переменного тока с частотой 50 Гц ротор должен был бы вращаться с частотой 50 оборотов в секунду, или 3000 оборотов в минуту, что для больших машин не всегда технически осуществимо. При наличии же большого числа пар полюсов период тока соответствует времени, необходимому для поворота ротора на часть окружности, занимаемую одной парой полюсов. Таким образом, например, при наличии 6 пар полюсов достаточно вращать ротор с частотой 500 оборотов в минуту, чтобы получить переменный ток с частотой 50 Гц.

167.1. Ротор генератора переменного тока имеет 12 пар полюсов и вращается с частотой 1500 оборотов в минуту. Какова частота электрического тока? Сколько раз в секунду этот ток меняет свое направление?

Поэтому такие генераторы обычно приводятся в движение сравнительно тихоходными водяными турбинами или двигателями внутреннего сгорания. При работе же с паровыми турбинами, вращающимися с частотой 1500-3000 оборотов в минуту, применяется несколько иная конструкция ротора (индуктора). Ротор не имеет выступов, а представляет собой гладкий цилиндр, на наружной поверхности которого в пазах уложена обмотка. При большой частоте вращения это выгоднее, потому что выступы на роторе создают воздушные вихри и увеличивают механические потери.

Форма полюсных наконечников на выступах ротора специально рассчитывается так, чтобы индуцированная в обмотке э. д. с. изменялась со временем по закону синуса, т. е. чтобы форма напряжения и тока, даваемого генератором, была синусоидальной.

Статор генератора – его неподвижная часть – представляет собой железное кольцо, в пазах которого уложены обмотки якоря. Для уменьшения потерь на токи Фуко (§ 143) это кольцо делается не сплошным, а состоящим из отдельных тонких листов железа, изолированных друг от друга.

167.2. На рис. 328 показан схематически разрез генератора, у которого и катушки возбуждения I и катушки индукционные II намотаны, как показано, на статоре, а ротор имеет вид зубчатого колеса и не несет никаких катушек. Объясните, почему в этом случае в катушках II возникает индукционный ток?

Рис. 328. К упражнению 167.2