Физика › 8 класс › Электромагнитные явления

Тема 56Электрический двигатель

★★★

Термины темы — найди их в тексте:электрического двигателяв разные стороныпол-оборотаполукольцамколлекторущёткиякорьэлектромагнитБорис Семёнович Якоби

На проводник с током в магнитном поле действует сила. На этом основана работа электрического двигателя.

Как вращается рамка

Лёгкая рамка с током может вращаться между полюсами магнита. По правилу левой руки на её противоположные стороны действуют силы, направленные в разные стороны — рамка поворачивается.

Силы, действующие на стороны рамки, поворачивают её Иллюстрация: light-fizika.ru

Чтобы рамка не остановилась, а вращалась дальше, ток в ней каждые пол-оборота меняют на противоположный. Для этого концы рамки припаяны к двум полукольцам (коллектору), а к ним прижаты неподвижные щётки, соединённые с источником.

Настоящий двигатель

Обмотка из множества витков уложена в пазы железного цилиндра — это якорь.
Магнитное поле создаёт сильный электромагнит (статор).
Вал якоря соединяют с механизмом, который нужно вращать.

Двигатель постоянного тока: якорь с обмотками между полюсами электромагнита Иллюстрация: light-fizika.ru

Один из первых практически пригодных электродвигателей построил в 1834 г. российский учёный Борис Семёнович Якоби.

Б. С. Якоби и его электродвигатель Иллюстрация: light-fizika.ru

Преимущества электродвигателей

Электродвигатель	Тепловой двигатель
компактный при той же мощности	большой
не выделяет газов и дыма	загрязняет воздух
не нужно топливо	нужен запас топлива
КПД до 98 %	КПД 20–40 %

Мощность электродвигателей — от нескольких ватт (электробритва, игрушка) до тысяч киловатт (электровоз, корабль, прокатный стан).

Образ для запоминания

Электродвигатель — «карусель с переключателем»: магнитное поле толкает стороны рамки в разные стороны, а коллектор каждые пол-оборота «переворачивает» ток, чтобы карусель не остановилась.

⚗ Мини-опыт

Включите ток и следите, как рамка поворачивается и как полукольца переключают ток каждые пол-оборота. Поменяйте направление тока. Увеличьте ток — что с частотой вращения?

▶ Симуляция PhET

На вкладке «Электромагнит» включите переменный ток и проследите, как меняется поле. В двигателях именно так — переключением тока — рамку заставляют вращаться всё время.

Электромагнитная лаборатория ФарадеяОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1На каком явлении основана работа электродвигателя?

Электромагнитная индукция — основа генератора.

2Зачем в двигателе постоянного тока нужны полукольца с щётками?

Иначе рамка остановилась бы.

3Какое превращение энергии происходит в электродвигателе?

Обратное превращение — в генераторе.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

На каком явлении основан электродвигатель?
Ответ
На действии магнитного поля на проводник с током.
Как получилось?
Для чего нужен коллектор (полукольца со щётками)?
Ответ
Чтобы каждые пол-оборота менять направление тока в рамке.
Как получилось?
Кто построил один из первых практичных электродвигателей?
Ответ
Б. С. Якоби (1834 г.).
Как получилось?
Как изменить направление вращения двигателя?
Ответ
Изменить направление тока (или поменять полюсы магнита).
Как получилось?
Какое превращение энергии происходит в электродвигателе?
Ответ
Электрическая энергия превращается в механическую.
Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

Почему в метро используют электродвигатели, а не двигатели внутреннего сгорания?
Ответ
Электродвигатели не выделяют выхлопных газов, компактны и имеют высокий КПД.
Как получилось?
Двигатель потребляет 1,5 кВт, его КПД 90 %. Какова полезная мощность? Сколько энергии превращается в тепло за 1 ч?
Ответ
$P_{\text{пол}}=1{,}35$ кВт; потери $0{,}15$ кВт·ч.
Как получилось?
Что будет с рамкой, если убрать коллектор и подавать постоянный ток прямо в неё?
Ответ
Рамка повернётся до положения равновесия и остановится (немного покачавшись).
Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Электродвигатель

Превращает электрическую энергию в механическую; основан на действии поля на ток.

Коллектор

Полукольца со щётками: меняют направление тока в рамке каждые пол-оборота.

Якоби

Один из первых практичных электродвигателей (1834).

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.