Електричні двигуни. Гучномовці. Електровимірювальні прилади »storinka.click

Обертання котушки з струмом в магнітному полі використовують в електричних двигунах та приладах.

Без електричних двигунів неможливо уявити життя сучасної людини. Ось далеко не повний перелік відомих вам пристроїв, механізмів і машин, в яких використовуються електричні двигуни: літак, автомобіль, трактор, трамвай, тролейбус, ліфт І Т. д.

Існує безліч конструкцій різних електродвигунів, але ми будемо вивчати пристрій і принцип дії широко поширеного колекторного електродвигуна (рис. 40). Він складається з наступних основних вузлів:

1. Статор 1 (англ, stator, лат. Sto - «стою») є або постійним магнітом з наконечниками S і N, або електромагнітом. Він становить єдине ціле з корпусом електродвигуна. Статор колекторного двигуна часто називають індуктором. Ця частина двигуна служить для збудження магнітного поля.

2. Ротор 2 (лат. Roto - «обертаюся»), або якір двигуна, - сердечник певної форми, зібраний з листів спеціальної сталі, на який намотують ізольований провід - обмотку.

3. Кінці обмотки припаяні до мідних пластин колектора, закріпленим на добре ізольованому барабані на осі ротора.

4. Дві вугільні щітки спеціальними пружинами щільно притискаються до колекторним пластин. До щіток від джерела струму подається напруга для живлення електродвигуна.

Принцип роботи двигуна розглянемо на прикладі простого двигуна (рис. 41, а). До щіток 1 і 2 подається необхідне для роботи електродвигуна напруга. При взаємодії струму, що проходить по обмотці, з магнітним полем статора 6 ротор 5 повертається таким чином, що рамка виявляється в вертикальному положенні, і струму в ній немає, так як щітки стосуються не пластин колектора 3 і 4, а ізоляції між ними. Однак завдяки інерції ротор проходить це положення, і щітки знову стосуються колекторних пластин. Кожні півоберта колектор автоматично перемикає полярність напруги джерела на кінцях обмотки на протилежне, тому напрямок струму в обмотці завжди відповідає обертанню ротора в одну сторону.

Електричні двигуни мають ряд переваг. При однаковій потужності їх розміри менше, ніж у теплових двигунів. Вони не виділяють газів, диму і пари. Електродвигуни можна встановити в будь-якому місці. Можна виготовити електричний двигун будь-якої потужності. Наприклад, двигун, зображений на малюнку 41, б, має потужність 890 кВт, працює при напрузі 1400 Вів ньому проходить струм 635 А.

Один з перших в світі електричних двигунів, придатних для практичного застосування, винайшов знаменитий електротехнік Борис Якобі.

Гучномовець - пристрій для ефективного випромінювання звуку в навколишній простір, яке конструктивно має одну або декілька випромінюючих головок і, в разі потреби, акустичне оформлення і додаткові електричні пристрої (фільтри, трансформатори, регулятори і ін.).

Головка гучномовця - пасивний електроакустичний перетворювач, призначений для перетворення електричних сигналів в акустичні.

Акустичне оформлення - конструктивний елемент, що забезпечує ефективне випромінювання звуку (акустичний екран, ящик, рупор і ін.).

Гучномовці бувають наступних функціональних видів: акустична система - гучномовець, призначений для використання в якості функціональної ланки в побутової радіоелектронної апаратури, що має високі характеристики звуковідтворення; абонентський гучномовець - гучномовець, призначений для відтворення передач низькочастотного каналу мережі проводового мовлення (рис. 42, а); концертний гучномовець, який має велику гучність з високою якістю звукопередачи; гучномовці для систем оповіщення і систем озвучування приміщень (гучномовці цих систем схожі за призначенням, дещо відрізняються гучністю і якістю звуковідтворення); вуличний гучномовець має велику потужність, як правило, рупорними виконання, в просторіччі «дзвін» (рис. 42, б); спеціальні гучномовці для роботи в екстремальних умовах - протиударні, противибухові, підводні та ін.

Електродинамічний гучномовець - гучномовець, в якому перетворення електричного сигналу в звук відбувається завдяки переміщенню котушки з струмом в магнітному полі постійного магніту (зрідка - електромагніту) з подальшим перетворенням отриманих механічних коливань в коливання навколишнього повітря за допомогою дифузора.

Гучномовці перетворюють електричний сигнал в звукові хвилі, що поширюються в повітряному середовищі, за допомогою рухомої механічної системи - дифузора 3 (рис. 42, в). Основним робочим вузлом електродинамічного гучномовця є дифузор, що виконує перетворення механічних коливань в акустичні. Дифузор гучномовця приводиться в рух силою, що діє на жорстко скріплену з ним котушку 2, розташовану в магнітному полі. У котушці проходить змінний струм, відповідний аудіосигналу, який повинен відтворити гучномовець. Магнітне поле в гучномовці утворюється кільцевим постійним магнітом 1. Котушка під впливом сили Ампера вільно рухається в рамках кільцевого зазору, а її коливання передаються дифузора, що, в свою чергу, створює акустичні коливання, що поширюються в повітряному середовищі. Якщо збільшується сила струму, котушка сильніше притягується до постійного магніту, якщо зменшується - тяжіння слабшає, і котушка зміщується в протилежному напрямку. Якщо силу струму в котушці змінювати періодично, вона буде відхилятися (рухатися) то в одному, то в іншому напрямку - коливатися в такт зі зміною сили струму. Чим частіше змінюється сила струму, тим більшою буде частота коливань котушки. Тіло, що коливається з частотою від 20 до 20 000 Гц, випромінює звукові хвилі. Отже, якщо частота коливань котушки буде змінюватися в зазначених межах, то котушка буде джерелом звуку. Гучність і висота тону випромінюваного звуку будуть визначатися відповідно амплітудою і частотою коливань. Саме на коливаннях котушки зі змінним струмом в магнітному полі постійного

магніту базується дія електродинамічного гучномовця (динаміка) - електроакустичного пристрою для відтворення звуку.

Існує кілька систем Електровимірювач магнітного дії: в приладах електромагнітної системи стрілка-покажчик

пов'язана з феромагнітним сердечником, який втягується в котушку, де проходить вимірюваний струм; в приладах магнітоелектричної системи покажчик пов'язаний з легкої рамкою з струмом, який обертається в поле магніту на кут, пропорційний значенню цього струму; в приладах електродинамічної системи алюмінієвий диск обертається в магнітному полі змінного струму.

Розглянемо докладніше пристрій і дію найбільш поширених приладів магнітоелектричної системи.

Вони складаються з подковообразного магніту 1 (рис. 43), біля полюсів якого розміщуються наконечники 6, між якими на двох півосях обертається легка алюмінієва рамка 3. На рамку намотують тонкий ізольований провідник. Для посилення магнітного поля в просторі між полюсами розміщують нерухомий залізний циліндр 2.

До передньої піввісь рамки прикріплюють легку алюмінієву стрілку 4. Кінці провідника, намотаного на рамку, припаюють до двох пружин 5, за якими подається струм до обмотки рамки.

При проходженні струму по обмотці рамки вона повертається. Чим більше сила струму проходить через рамку, тим на більший кут повертається стрілка. Якщо електричний ланцюг розімкнути, то пружини під дією сил пружності, що виникають при повороті рамки, повертають стрілку в нульове положення шкали 7.

За допомогою приладів магнітоелектричної системи можна вимірювати такі електричні величини, як сила струму, напруга.

ПИТАННЯ ДО ВИВЧЕННЯ

1. Яке фізичне явище використовується в конструкції електродвигунів?

2. Назвіть основні частини електродвигуна.

3. Які переваги електричних двигунів в порівнянні з тепловими двигунами такої ж потужності?

4. Назвіть три побутові машини, в яких використовуються електричні двигуни.

5. Що таке гучномовець і які бувають його види?

6. Які будова і принцип дії електродинамічного гучномовця?

7. Як влаштований електровимірювальні прилади магнітоелектричної системи? Які фізичні величини їм можна вимірювати?

ЗАВДАННЯ І ВПРАВИ

вирішуємо разом

1. У творі французького фізика Франсуа Араго «Грім і блискавка» наводиться багато випадків перемагничивания компасної стрілки, намагнічування сталевих предметів під дією блискавки. Як можна пояснити ці явища?

Відповідь: блискавка - іскровий розряд. Навколо неї виникає сильне магнітне поле, яке діє на сталеві предмети, намагнічуючи і пере-магнічівая їх.

2. Поясніть результати досвіду (рис. 44).

Відповідь ', якщо електричний ланцюг не замкнута, всі магнітні стрілки розміщуються в напрямку північ-південь. Якщо ланцюг замкнути, навколо провідника зі струмом виникає магнітне поле, котушка стає магнітом, і тому магнітні стрілки взаємодіють з нею.

3. Рамка зі струмом розміщена між полюсами подковообразного магніту так, що її площина перпендикулярна лініям магнітного поля. Чи буде повертатися рамка?

Відповідь ', немає, оскільки в цьому випадку у рамки відсутня обертальний момент.

рівень А

16. Чому відштовхуються магніти (рис. 45)?

17. Як швидко і просто розділити лом чорних і кольорових металів?

18. Притягує чи електромагнітний кран закриту цинкову коробку зі сталевими цвяхами, шпильками або шурупами?

19. Потік зерна, що надходить на млинові жорна, пропускають спочатку між полюсами сильного електромагніта. З якою метою?

20. Як просто і швидко розсортувати і скласти латунні цвяхи, мідні шурупи, сталеві шпильки в заводських умовах?

21. Що відбувається з рамкою, якщо по ній пропускати електричний струм (рис. 46)?

22. На малюнку 47 наведена схема пристрою гальванометра. Як влаштований прилад і як він діє? Чому нульову поділку розміщено посередині шкали? В який бік відхиляється стрілка при зазначеному напрямку струму?

23. Кінці дротяної рамки (рис. 48), розміщеної між полюсами магніту, з'єднані з півкільцями Л і В, до яких підводиться струм від джерела струму через щітки k і пг. Яким буде напрям струму в витку в момент замикання ланцюга? В якому напрямку буде повертатися рамка?

24. На малюнку 49 зображено розріз електродвигуна постійного струму. Якими цифрами позначені колектор; електромагніти; щітки?

25. На малюнку 50 зображено розріз електродвигуна, по обмотці якого проходить струм. В якому напрямку обертається ротор (якір): за годинниковою стрілкою або проти неї?

26. Яка конструкція електродвигуна (рис. 51)? Визначте полюса електромагніту і напрямок обертання ротора (якоря).

рівень Б

27. Чому до однієї котушки притягується більше цвяхів, ніж до іншого (рис. 52)?

28. Чому краще використовувати підковоподібні, а не прямі електромагніти?

29. На малюнку 53 зображені перші електромагніти, виготовлені англійським механіком Стердженом. Який напрямок струму в обмотках цих електромагнітів? Чи можна отримати на кінцях подковообразного магніту однакові полюси? Чому?

30. На малюнку 54 зображено сучасний потужний електромагнітний кран. Перерахуйте його основні конструктивні елементи. Яке його призначення?

31. Під час роботи електромагнітного підйомного крана частина вантажу при виключенні струму залишилася на полюсах електромагніту. Кранівник пропустив через обмотку слабкий струм протилежного напрямку, і вантаж відпав. Поясніть чому.

32. Чи можна за допомогою електромагнітного крана піднімати і переносити розпечені шматки стали?

33. На малюнку 55 приведено вимірювальний пристрій амперметра магнітоелектричної системи. Назвіть основні частини амперметра і поясніть, як він працює.

34. На малюнку 56 зображено розріз ротора (якоря) електродвигуна, розміщеного між полюсами магніту. Ротор (якір) повертається в напрямку, зазначеному стрілками. Який напрямок струму в обмотці в правій і лівій половинах ротора (якоря)?

35. Поясніть пристрій електродвигуна (рис. 57). Як з'єднані між собою обмотки статора (індуктора) і ротора (якоря)?

Це матеріал підручника Фізика 9 клас Сиротюк