Самостійна робота № 5.
Тема: Застосування магнітних матеріалів. Вплив магнітного поля на живі організми.
Знати:
1. Будову двигуна постійного струму та гучномовця; принцип дії електровимірювальних приладів.
Вміти:
1.Пояснити роль магнітного поля і його вплив на живі організми планети.
План вивчення теми:
1. Застосування двигуна постійного струму.
2. Застосування магнітоелектричних приладів.
3. Електродинамічна система в техніці та гучномовець.
4. Вплив магнітного поля на живі організми.
Рекомендована література
1.Гончаренко С.У. Фізика для 11 класу [Текст]: підручник для загальноосвітніх навч. закладів/ С.У. Гончаренко.- К.: Освіта, 2011.-с. 215 – 218.
Інтернет-джерела:
1. Институт дистанционного образования ТГУ [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http: // ido.tsu.ru. - Загл. з екрана.
2. Интернет-школа Просвещение. RU. [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http: // www.teleschol.ru . - Загл. з екрана.
3. Острів знань [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http: // www. ostriv. in. ua. - Загл. з екрана.
4. Открытый Колледж: Физика. [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http: // www. college. ru / physics. - Загл. з екрана.
5. Сайт для учащихся и преподавателей физики [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http: // www. fizika. ru. - Загл. з екрана.
6. Физикам. Научный портал по физике [Електронний ресурс]. – Режим доступу: http: // www. fizikam.ru. - Загл. з екрана.
Завдання:
№ з/п |
Вид завдання |
Бали |
1
2 |
Дати у зошиті відповіді на питання: 1.1 На якому явищі ґрунтується дія електричного двигуна? Описати його будову і принцип дії. 1.2. Які ви знаєте системи електровимірювальних приладів? Назвіть їх основні позитивні та негативні сторони. 1.3 Назвіть позитивні та негативні прояви дії магнітного поля на живі організми. Розв’язати задачу: 2.1 Розрахувати обертальний момент, що діє на рамку площею 30 см2, яка складається з 10 витків, через яку проходить електричний струм 0,5 А. Індукція магнітного поля складає 15 мТл. |
2
2
2
3 |
Творче завдання (2-3 бали):
Принести інформацію в електронному вигляді (додатково 2 бали) або зробити електронну презентацію на тему (додатково 3 бали):
1. Вплив магнітного поля на живі організми.
Теоретичні відомості
Двигун постійного струму
С
или,
які діють на електричний струм в
магнітному полі, зокрема, сили, що діють
на замкнутий струм і викликають його
поворот, широко використовуються в
техніці. Саме завдяки їм працюють
електричні двигуни.
Основна частина двигуна постійного струму - контур (рамка, котушка), розміщений в сильному магнітному полі електромагніта на рисунку 5.1.
Такий контур у магнітному полі не обертається, а лише повертається.
Рисунок 5.1
Досягнувши положення рівноваги, в якому площина контуру стає перпендикулярною вектору індукції магнітного поля, контур має зупинитися. Але якщо через кожну половину оберту контуру в ньому змінювати напрям струму, то контур обертатиметеся безперервно.
Зміна напряму струму в контурі здійснюється автоматично за допомогою пристрою, який називають колектором, на рисунку 5.1 позначений літерою К. Він складається з двох половинок мідного циліндра, до яких приєднані кінці контуру, і обертається разом з ним. Через ці півциліндри за допомогою ковзних контактів - щіток - контур з'єднується з джерелом струму.
В
реальних двигунах є не один, а кілька
контурів, намотаних на залізне осердя
(це так званий ротор
двигуна).
Магнітне поле, в якому обертається
ротор, створюється електромагнітами
на статорі.
Схематично
це показано на рисунку
5.2.
На
роторі намотано 4
контури
(1-1,
2-2,
3-3,
4-4). Струм
від джерела напруги U
через
колектор (на рисунку не показаний)
подається і в електромагніти статора,
і в обмотки ротора.
Двигуни постійного струму використовуються в електричних транспортних засобах, на підйомних кранах, у багатьох побутових електричних пристроях.
Рисунок 5.2
Магнітоелектричні прилади.
Принцип дії магнітоелектричної системи ґрунтується на взаємодії провідника зі струмом і магнітного поля. Поле створюється постійним магнітом 1 на рисунку 5.3, струм проходить через котушку у вигляді рамки 2. Рамка є рухомим елементом приладу і знаходиться на одній осі зі стрілкою 3. Обертальний момент, що діє на рамку, завдяки спеціально сконструйованому магнітові не залежить від кута повороту рамки і дорівнює:
М0 = BINА, (5.1)
де В — індукція магнітного поля, І — сила струму, N — кількість витків у рамці, А — її площа.
Рисунок 5.3
Рамка
починає повертатися. При цьому спіральна
пружина 4
закручується
і виникає протидіючий момент, пропорційний
куту повороту
рамки: Мп
= k
,
де
k
—
коефіцієнт пропорційності, який залежить
від пружних властивостей пружини. Коли
протидіючий момент дорівнюватиме
обертальному: Мп
=
Мо
або k
=
BINS,
рамка
зупиниться. При цьому кут повороту
рамки, а значить, і стрілки, дорівнює
,
тобто прямо пропорційний силі струму
в рамці. Це забезпечує рівномірність
пікали приладу.
Магнітоелектричні прилади придатні для вимірювання лише в колах постійного струму, що є їх недоліком. Проте ці прилади споживають мало енергії і мають високу чутливість.
Більш чутливими є прилади магнітоелектричної системи, наприклад дзеркальні гальванометри. В них на осі обертання замість стрілки прикріплене маленьке пласке дзеркальце. Вузький пучок світла від лампочки падає на дзеркало, а відбитий від нього зайчик потрапляє на віддалену шкалу.
Електромагнітні прилади
Принцип дії приладів електромагнітної системи ґрунтується на ефекті втягування залізного осердя котушкою, якою проходить струм. Такий прилад на рисунку 5.4, а складається з нерухомої котушки зі струмом І, залізної пластинки 2, що обертається на осі, де закріплено пружинку 3, яка утримує пластинку, і стрілки 4.
Внаслідок проходження через котушку електричного струму будь-якого напряму залізна пластинка втягується в котушку, повертається на своїй осі і обертає стрілку. Для зменшення коливань стрілки застосовується «заспокоювач» 5, який складається з циліндра, в якому рухається поршень, з'єднаний із залізною пластинкою.
Електромагнітні прилади менш точні, ніж магнітоелектричні, але простіші за конструкцією і придатні для вимірювання як постійного, так і змінного струму.
Електродинамічні прилади
Принцип дії приладів електродинамічної системи — це взаємодія провідників зі струмом. Такий прилад на рисунку 5.4, б складається з двох котушок 1, 2 у вигляді рамок, підвішених на спільній осі, одна — нерухомо, друга — на підшипниках. Обидві рамки зв'язані двома пружинами, якими до рамок підводиться струм. У результаті проходження струму рухома рамка повертається на осі тим більше, чим більша сила струму, і з'єднана з нею стрілка дає показання на нерухомій шкалі.
а б
Рисунок 5.4
Електродинамічними приладами можна користуватися для вимірювань постійного і змінного струмів (сили струму і напруги). Шкала цих приладів нерівномірна.
На практиці часто використовують прилади з кількома межами вимірювання сил струмів і напруг. Для цього у процесі вимірювання напруг послідовно з приладом вмикають додаткові опори, а вимірюючи сили струмів, до приладу приєднують паралельно опори-шунти.
Гучномовець
Дія магнітного поля на провідник зі струмом використовується у будові гучномовців — приладів для збудження звукових хвиль під дією електричного струму, сила якого змінюється із звуковою частотою. В електродинамічному гучномовці (динаміку) використовують дію магнітного поля постійного магніту на змінний струм у рухомій котушці. Звукова котушка 1 на рисунку 5.5 з мідного дроту, з'єднана з гнучкою мембраною 2 і конічним дифузором З, розміщена у зазорі сильного кільцевого постійного магніту 4.
Рисунок 5.5
Під час проходження змінного електричного струму котушка під дією змінної сили Ампера коливається з частотою коливань сили струму і змушує коливатися з такою самою частотою мембрану і дифузор. Ці коливання створюють коливання тиску повітря, тобто звукові хвилі.
Першокласні гучномовці відтворюють без значних спотворень звукові коливання в діапазоні 40–15 000 Гц. Але такі пристрої дуже складні. Тому застосовують системи з кількох гучномовців, кожний з яких відтворює звук у певному невеликому інтервалі частот.
Загальним недоліком усіх гучномовців є малий ККД. Вони випромінюють лише 1—3 % усієї підведеної до них енергії.