§ 8. Електродвигуни та їх використання. Електровимірювальні прилади

• Назад до змісту

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

5. Вставте осердя з феромагнітного матеріалу в котушку і спостерігайте за дією електромагніту на стрілку компаса (магнітну стрілку). Зробіть висновок.

Введення феромагнітного осердя в котушку значно посилює її магнітне поле, внаслідок чого магнітна стрілка компаса сильніше притягується або помітно відхиляється на більший кут навіть на значній відстані. Це свідчить про те, що наявність феромагнітного осердя суттєво збільшує магнітну дію котушки зі струмом.

6. За допомогою реостата змінюйте силу струму в колі та спостерігайте за дією електромагніту на стрілку компаса (магнітну стрілку). Зробіть висновок.

У разі збільшення сили струму в колі за допомогою реостата магнітна дія котушки посилюється, і стрілка компаса відхиляється на більший кут. Зі зменшенням сили струму магнітне поле слабшає, а кут відхилення стрілки зменшується. Отже, магнітна дія котушки зі струмом прямо залежить від сили струму в колі: чим більша сила струму, тим сильнішим є її магнітне поле.

Проаналізуйте результати експерименту. Зробіть висновок (що саме досліджували під час виконання лабораторної роботи; у який спосіб можна підсилити магнітне поле котушки зі струмом; де здобуті знання можна використати на практиці).

Під час виконання лабораторної роботи було досліджено будову електромагніту та його магнітну дію на магнітну стрілку компаса. Магнітне поле котушки зі струмом можна підсилити двома основними способами: введенням всередину котушки осердя з феромагнітного матеріалу, а також збільшенням сили струму в колі за допомогою реостата. Здобуті знання можна використати на практиці при проектуванні та експлуатації промислових вантажних електромагнітів, електромагнітних реле в автоматизованих системах керування, у роботі електричних двигунів та генераторів, а також в електровимірювальних приладах.

ДОДАТКОВЕ ЗАВДАННЯ

Чому обмотку котушки електромагніту виготовляють переважно з мідного ізольованого дроту? Запропонуйте спосіб підсилення магнітної дії електромагніту, що використовують на підприємствах для піднімання та перенесення важких металевих предметів. Чи всі металеві предмети можна підняти за допомогою електромагніту?

Обмотку котушки електромагніту виготовляють із мідного дроту, оскільки мідь має дуже малий питомий електричний опір, що дає змогу пропускати через неї великий струм без надмірного нагрівання провідника. Дріт обов’язково має бути покритий ізоляційним шаром, щоб електричний струм протікав уздовж усіх витків спіралі, а не замикався напряму між сусідніми витками.

Для підсилення магнітної дії промислових вантажопідйомних електромагнітів використовують масивні залізні осердя спеціальної форми, суттєво збільшують кількість витків у котушці та пропускають через неї струм великої сили.

За допомогою електромагніту можна підняти не всі металеві предмети, а лише ті, що виготовлені з феромагнітних матеріалів (залізо, сталь, чавун, нікель, кобальт). Кольорові метали (наприклад, мідь, алюміній, латунь, бронза) та благородні метали (золото, срібло) не мають феромагнітних властивостей, тому магнітне поле їх не притягує, і підняти їх електромагнітом неможливо.

ПОМІРКУЙТЕ І ДАЙТЕ ВІДПОВІДЬ

1. Як довго такий пристрій (мал. 8.3) може обертатися? Де на практиці застосовують описане явище?

Пристрій, зображений на малюнку 8.3, може обертатися необмежено довго — доки до нього підводиться електричний струм від джерела живлення та не зношуються механічні частини контактів (колекторні півкільця і щітки). Описане явище (обертання рамки зі струмом у магнітному полі завдяки періодичній зміні напрямку струму за допомогою колектора) на практиці застосовують у роботі електричних двигунів постійного струму, які використовуються в побутовій техніці (вентилятори, міксери), дитячих іграшках, а також на транспорті (електромобілі, тролейбуси, трамваї, електропоїзди).

ПОМІРКУЙТЕ І ДАЙТЕ ВІДПОВІДЬ

1. Назвіть домашні побутові прилади, які мають електродвигун.

Домашні побутові прилади, які мають електродвигун, включають холодильник, пральну машину, кухонний комбайн, блендер, міксер, пилосос, вентилятор, кондиціонер, фен для волосся та мікрохвильову піч.

ПЕРЕВІРТЕ СЕБЕ

1. Як зміниться характер обертання рамки зі струмом у магнітному полі (мал. 8.3), якщо:
а) поміняти місцями полюси магнітів;
б) поміняти полюси джерела постійного струму;
в) поміняти полюси магнітів і джерела постійного струму?

а) Якщо поміняти місцями полюси магнітів, напрямок обертання рамки зміниться на протилежний.

б) Якщо поміняти полюси джерела постійного струму, напрямок обертання рамки зміниться на протилежний.

в) Якщо одночасно поміняти полюси магнітів і джерела постійного струму, напрямок обертання рамки не зміниться.

2. Чому в разі вмикання лабораторного амперметра чи вольтметра постійного струму (мал. 8.8, 8.9) потрібно зберігати полярність?

У разі неправильного підключення лабораторного амперметра чи вольтметра постійного струму електричний струм у рамці приладу почне текти у зворотному напрямку. Через це сила Ампера намагатиметься повернути стрілку ліворуч, за межі шкали, що призведе до деформації стрілки та виходу вимірювального приладу з ладу.

3. Чи потрібно дотримуватися правила збереження полярності, використовуючи демонстраційний гальванометр (мал. 8.7)?

Дотримуватися правила збереження полярності для демонстраційного гальванометра не обов’язково, оскільки його нульова позначка розташована посередині шкали. При зміні полярності стрілка приладу просто відхилятиметься в протилежний бік від нуля, вказуючи на відповідний напрямок струму в електричному колі.

4. Чому під час тривалої роботи електродвигуна його корпус стає гарячим?

Під час тривалої роботи електродвигуна його корпус стає гарячим внаслідок виділення джоулевого тепла в обмотках через наявність активного електричного опору провідників, а також через механічне тертя в підшипниках і колекторно-щітковому вузлі.

ПЕРЕВІРТЕ СЕБЕ

5. Як можна охолодити електродвигун?

Електродвигун можна охолодити за допомогою повітряного охолодження (природного або примусового, коли на валу ротора встановлюють вентилятор для обдування корпусу) або рідинного охолодження (шляхом циркуляції води чи спеціального масла навколо нагрівальних елементів двигуна).

6. ККД електродвигуна будівельного крана дорівнює 86 %. Скільки електроенергії він споживає, піднімаючи вантаж масою пів тонни на висоту 20 м?

Відомо:

• $\eta = 86\% = 0{,}86$
• $m = 500\text{ кг}$
• $h = 20\text{ м}$
• $g = 10\text{ м/с}^2$ (або $9{,}8\text{ м/с}^2$)

Знайти:

• $E_{\text{спож}} - ?$

Розв’язання:

$A_{\text{кор}} = m \cdot g \cdot h$

$\eta = \dfrac{A_{\text{кор}}}{E_{\text{спож}}}$

$E_{\text{спож}} = \dfrac{m \cdot g \cdot h}{\eta}$

За умови $g = 10\text{ м/с}^2$:

$E_{\text{спож}} = \dfrac{500 \cdot 10 \cdot 20}{0{,}86} \approx 116279\text{ Дж}$

За умови $g = 9{,}8\text{ м/с}^2$:

$E_{\text{спож}} = \dfrac{500 \cdot 9{,}8 \cdot 20}{0{,}86} \approx 113953\text{ Дж}$

Відповідь: 116 кДж (або 114 кДж за умови $g = 9{,}8\text{ м/с}^2$).