Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатель постоянною тока

Урок 3 Тема: Действие магнитного поля на проводник с током.

Электродвигатель постоянною тока

Цель урока:

Познакомить учащихся с действием магнитного ноля на проводник с током, с проявлением действия силы Ампера. Объяснить учащимся устрой­ство и принцип действия электродвигателя постоянного тока.

Демонстрации:

1. Движение проводника и рамки с током в магнитном поле.

2. Устройство и принцип действия электродвигателя постоянного тока.

Ход урока

Вопросы на повторение:

1. Какие тела называют постоянными магнитами (просто магнитами)? Какие материалы являются естественными магнитами?

2. Раскройте сущность гипотезы Ампера о молекулярных токах. Какова (по современным представления) природа молекулярных токов?

3. Что называют полюсами магнита? Какие материалы хорошо притягиваются к магниту? Перечислите основные свойства магнитных тел.

4. Вдоль какого направления устанавливается в данном месте Земли магнитная стрелка? Расскажите об устройстве и принципе действия компаса. Как ведет себя магнитная стрелка вблизи магнитных полюсов Земли?

Письменная проверочная работа по теме «Постоянные магниты».

Уровень 1

1. Как взаимодействуют разноименные и одноименные полюсы магнитов?

2. Можно ли разрезать магнит так, чтобы один из полученных магнитов имел только северный полюс, а другой - только южный?

Уровень 2

1. Почему корпус компаса делают из меди, алюминия, пластмассы и дру­гих материалов, но не из железа?

2. П очему стальные полосы и рельсы, лежащие на складах, через некото­рое время оказываются намагниченными?

Уровень 3

1. К южному полюсу магнита притянулись две булавки (рис.1). Почему их свободные концы отталкиваются?

2. Нарисуйте магнитное поле подковообразного магнита и укажите направление силовых линий.

Уровень 4

1. Полосовой магнит разделили на две равные части и получили два магнита. Будут ли эти магниты оказы­вать такое же действие, как и целый магнит, из кото­рого они изготовлены?

2. Стальной, хорошо отполированный шар имеет идеально круглую фор­му. Можно ли намагнитить этот шар?

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.

1. Действие магнитного поля на проводник с током

Важнейшее проявление магнитного поля - это действие его на дви­жущиеся заряды. Для демонстрации этого явления собираем установку из дугообразного постоянного магнита и длинного гибкого провода, присое­диненного последовательно с реостатом к аккумулятору (см. рис. 113 на с. 143 учебника). Горизонтальный участок провода располагают в магнит­ном поле магнита.

При замыкании цепи наблюдается отклонение провода, при размыкании - возвращение его к положению равновесия.

Вывод: магнитное поле действует с некоторой силой на провод с током.

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

1. Сила Ампера.

Опр. Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера.

Направление действующей на проводник с током силы в магнитном поле (силы Ампера) можно определить, пользуясь правилом левой руки:

руку располагают так, чтобы ладонь была обращена к се­верному полюсу магнита, а четыре пальца показывали направление то­ка в проводнике, тогда отставленный на 90° большой палец укажет направление действующей на проводник силы.

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.

Сила ампера всегда перпендикулярна проводнику, а также силовым линиям магнитного поля, в котором этот проводник находится.

Сила Ампера действует не при любой ориентации проводника. Если проводник с током расположен вдоль силовых линий магнитного поля, то это поле никакого действия на него не окажет.

1. Действие магнитного поля на рамку с током

В практике часто используют действие магнитного поля на рамку с током (рис. 115 на с. 144 учебника).

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.

Вывод: магнитное поле оказывает на рамку с током вращающее действие

Наблюдая опыт, становится очевидно, что враще­ние рамки происходит в результате действия магнитного поля на провод­ники с током, а именно действием на рамку сил Ампера; и что в этом процессе происходит превращение электриче­ской энергии в механическую.

На рассмотренном явлении основано уст­ройство электродвигателей.

1. Электродвигатель постоянного тока

Опр. Электродвигатели - машины, преобразующие электрическую энергию в механическую.

Основными частями электродвигателя являются электромагнит и проволочная обмотка из большого числа витков, уложенных в пазы (прорези), сделанные на поверхности железного цилиндра (якоря). Магнитное поле, в котором вращается якорь такого двигателя, соз­дается сильным электромагнитом. Электромагнит питается током от того же источника тока, что и обмотка якоря. Когда через обмотку начинает идти ток, магнитное поле поворачивает якорь и двигатель начинает работать.

Первые практически пригодные электродвигатели постоянного тока были сконструированы в 30-х гг. XIX в. российским ученым Б. С. Якоби.

В отличие от тепловых двигателей электрические двигатели не выделяют в процессе работы вредных газов, дыма и пара и, следовательно, не загрязняют окружающую среду. КПД мощных элек­тродвигателей может достигать 98%.

1. Применение электродвигателей постоянного тока

Электрические двигатели находят широкое применение в технике, особенно на таких видах транспорта, как электровозы, троллейбусы и трамваи. С помощью специального электродвигателя постоянного тока (стартера) производится запуск двигателя внутреннего сгорания в автомобилях.

Специальные безыскровые электродвигатели в насосах для выкачивания нефти из скважин.

Преимущества электродвигателей перед другими типами двигателей:

1. Меньшие размеры при одинаковой мощности (по сравнению с тепловыми двигателями);

2. Отсутствие вредных выбросов газов, дыма и пара;

3. Отсутствие необходимости в запасах топлива и воды;

4. Возможность установления в удобном месте;

5. Возможность изготовления электродвигателя любой мощности;

6. Достаточно высокий КПД (до 98 % у мощных электродвигателей).

Сейчас проводятся исследовательские и конструкторские работы по замене в автомобилях двигателей внутреннего сгорания электродвигателями.

Краткая историческая справка об изобретении электрического двигателя русским ученым Борисом Семеновичем Якоби в 1834 г. - этот двигатель имел мощность приблизительно 15 Вт и мог поднять (с помощью блока и нити) груз весом 50 Н на высоту 0,6 м за 2 с.

Закрепление изученного материала

1. Используя правило левой руки, определите направление сил Ам­пера, действующих на левую и правую стороны рамки, изобра­женной на рисунке 115.

2. Что называют электродвигателем? На чем основан принцип действия такого двигателя?

3. Где применя­ются электрические двигатели? Какими преимуществами они об­ладают по сравнению с тепловыми двигателями?

Решение качественных задач:

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

1. 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?

Решение: Проводники, по которым текут токи, обычно электрически нейтральны, и поэтому взаимодействие между ними - только магнитное. Между электронными пучками тоже действует магнитное притяжение, но гораздо более сильным оказывается электрическое отталкивание одно­именно заряженных частиц. Это отталкивание приводит также к расшире­нию пучков. Параллельные проводники, по которым текут токи в одном на­правлении, тоже будут отталкиваться, если им сообщить достаточно боль­шие одноименные заряды.

1. Какие преобразования энергии происходят в электродвигателе посто­янного тока?

1. Изменится ли направление вращения якоря, если изменится направ­ление тока:

а) в обмотке якоря электродвигателя;

б) в обмотке электромаг­нитов;

в) одновременно в обмотках якоря и электромагнита?

Это интересно

Электромагнитный скоростной транспорт

Перспективно использование электромагнитов на скоростных транспортных средствах для создания " магнитной подушки".

Домашнее задание: §61 учебника; вопросы и задания к параграфу.