Электродвигатель

В предыдущих параграфах мы рассматривали действие проводника с током на постоянный магнит и на ненамагниченные железные предметы. В этом параграфе речь пойдет о действии постоянного магнита на проводник с током.

Поместим между полюсами U-образного магнита подвешенный на тонких проводах металлический стержень.

Между полюсами U-образного магнита на тонких проводах висит металлический стержень. Стержень не движется, когда в нем нет электрического тока.

Пока в стержне нет электрического тока, он остается неподвижным между полюсами магнита. Если в стержне возникает электрический ток, стержень начинает двигаться.

Когда в стержне возникает ток, стержень начинает двигаться между полюсами магнита.

При изменении направления тока в стержне на противоположное стержень тоже движется в противоположную сторону. Висящий вне зоны действия магнита стержень при возникновении тока не движется. Следовательно, причиной движения стержня с током является взаимодействие магнитного поля и проводника с током. Следовательно, в магнитном поле на проводник с током действует сила.

Силовые линии магнитного поля между полюсами U-образного магнита приблизительно параллельны друг другу и направлены от северного полюса магнита к южному.

Наблюдая движение стержня, мы видим, что проводник с током движется перпендикулярно как силовым линиям магнитного поля, так и направлению тока в проводнике. Таким образом, сила, действующая в магнитном поле на прямолинейный проводник с током, направлена перпендикулярно как силовым линиям магнитного поля, так и направлению тока в проводнике.

Сила, действующая в магнитном поле на проводник с током, перпендикулярна силовым линиям поля и направлению тока в проводнике.

В зависимости от направления тока стержень движется между полюсами то в одну, то в другую сторону. Следовательно, направление силы, действующей в магнитном поле на проводник с током, зависит от направления тока относительно силовых линий магнитного поля. Если расположить стержень между полюсами магнита вдоль силовых линий, то при включении тока стержень двигаться не будет.

Проводник, расположенный вдоль силовых линий магнитного поля, под действием тока не движется.

На проводник с током, расположенный в магнитном поле вдоль силовых линий магнитного поля, сила не действует.

На взаимодействии проводника с током и магнитного поля основана работа электродвигателя.

В электродвигателе между полюсами магнита расположена рамка с обмоткой, которая может свободно вращаться вокруг своей оси.

В электродвигателе между полюсами магнита расположена рамка с обмоткой. Она начинает вращаться, когда в обмотке возникает ток. Ток подводится к обмотке через прижатые к полукольцам щетки.

Когда в обмотке рамки возникает ток, на противоположные стороны рамки действуют противоположно направленные силы, поскольку в противоположных сторонах каждого витка обмотки ток имеет противоположное направление.

На разные стороны рамки с током в магнитном поле действуют противоположно направленные силы.

Эти силы поворачивают рамку в положение, в котором ее плоскость перпендикулярна силовым линиям магнитного поля. Теперь на обмотку тоже действуют силы, но они стараются вытянуть каждый виток обмотки.

Рамка с током между полюсами магнита находится в равновесии.

Положение рамки с током (витка провода) в магнитном поле, в котором силы рамку не поворачивают, называется положением равновесия.

Поскольку ни одно движущееся тело нельзя остановить мгновенно, то и поворачивающаяся в магнитном поле рамка не останавливается в тот момент, когда ее плоскость приходит в положение, перпендикулярное силовым линиям магнитного поля. Рамка по инерции проходит это положение. Если в момент, когда рамка находится в положении равновесия, изменить направление тока в рамке, изменится также и направление действующих на ее стороны сил, и под действием этих сил рамка продолжит вращение. Обмотку с током можно заставить вращаться в магнитном поле, если после каждой половины оборота менять направление тока в обмотке. Но это надо делать именно в тот момент, когда плоскость рамки перпендикулярна силовым линиям магнитного поля.

В двигателе постоянного тока направление тока в обмотке рамки меняется при помощи двух полуколец.

Изолированные друг от друга полукольца закреплены на оси рамки и поворачиваются вместе с обмоткой. К каждому из полуколец подключен один конец обмотки. Электрический ток подводится к обмотке через прижатые к полукольцам графитовые стержни, которые называются щетками двигателя. Одна щетка соединена с положительным полюсом источника тока, а другая – с отрицательным. Когда рамка вместе с полукольцами поворачивается, то с положительным полюсом источника тока соединяется попеременно то один, то другой конец обмотки. Чтобы направление тока в обмотке менялось своевременно, полукольца закрепляются на оси рамки так, что щетка переходит с одного полукольца на другое именно в тот момент, когда плоскость рамки перпендикулярна силовым линиям магнитного поля.

Обычно в электродвигателе магнитное поле создается при помощи электромагнита, причем обмотка электромагнита и вращающаяся обмотка соединяются с одним и тем же источником тока.

Электродвигатели бывают разных типов, одни из них работают на постоянном токе, другие на переменном, бывают разных размеров и разной мощности. Электродвигатели применяются, например, при запуске автомобиля и при подъеме стекол, в электромеханических игрушках, в пылесосах, миксерах, стиральных машинах, холодильниках и во многих других бытовых машинах. Мощные электродвигатели приводят в движение электропоезда, трамваи и троллейбусы.

В работающем электродвигателе электрическая энергия превращается в механическую. Коэффициент полезного действия электродвигателя обычно очень большой. У мощных двигателей он может достигать 98%. Коэффициент полезного действия других машин намного меньше.

Электродвигатель постоянного тока изобрел Мориц Герман фон Якоби в 1834 году. Уже через четыре года он испытал электродвигатель на Неве в качестве лодочного мотора.

Электродвигатели.

1. Назови приборы и машины, в которых используются электродвигатели.

2. Сосчитай, сколько всего электромоторов установлено в различных устройствах в твоем доме.

3. Рамка с обмоткой помещена в магнитное поле. В обмотке создали электрический ток, но рамка не повернулась. Почему?