Скачать + смотреть онлайн

видео 2022

бесплатно в хорошем качестве HD

Строго запрещено смотреть анал видео. Крутые - все самые шикарные мамки видео. Мега лучший пердос video.

PhysBook
PhysBook
Представиться системе

Kvant. Электродвигатель

Материал из PhysBook

Мякишев Г.Я. Как работает электродвигатель? //Квант. — 1987. — № 5. — С. 39-41.

По специальной договоренности с редколлегией и редакцией журнала "Квант"

Вопрос не такой простой, как кажется на первый взгляд. Естественный ответ со ссылкой на закон Ампера для силы, действующей на проводник с током со стороны магнитного поля, суть дела объясняет далеко не полностью.

Откуда берется сила Ампера? Она возникает из-за того, что на движущиеся в проводниках (металлических) электроны действует магнитная сила Лоренца. Ее модуль

\(~F = e \upsilon B \sin \alpha\) ,

где e — заряд частицы, имеющей скорость \(~\vec \upsilon\), \(~\vec B\) — магнитная индукция, α — угол между векторами \(~\vec \upsilon\) и \(~\vec B\). Сила \(~\vec F\) перпендикулярна \(~\vec \upsilon\) и \(~\vec B\), и ее направление определяется правилом левой руки. Казалось бы, если эта сила в любой момент времени перпендикулярна скорости, то работу совершать она не может. Тем не менее именно магнитная сила вращает якорь электродвигателя.

Столь же «загадочна» работа генератора, превращающего механическую энергию в энергию электрического тока. Если ЭДС индуцируется во вращающемся якоре генератора, то сторонней силой может быть только сила Лоренца. А она работы не совершает. Откуда же в генераторе появляется ЭДС?

Чтобы понять, в чем здесь дело, рассмотрим один из проводников обмотки якоря электродвигателя (рис. 1). Вектор магнитной индукции \(~\vec B\) перпендикулярен плоскости чертежа и направлен от нас. По проводнику сверху вниз течет ток I, электроны при этом движутся снизу вверх со скоростью \(~\vec \upsilon_1\) относительно проводника. Сам проводник движется слева направо со скоростью \(~\vec \upsilon_2\). Результирующая скорость электрона \(~\vec \upsilon\) направлена под углом к проводнику. Сила Лоренца \(~\vec F\) перпендикулярна скорости \(~\vec \upsilon\), и ее работа действительно равна нулю.

Рис. 1

Однако силу \(~\vec F\), как и любую другую, можно разложить на две составляющие \(~\vec F_1\) и \(~\vec F_2\), направленные перпендикулярно проводнику и вдоль него\[~\vec F = \vec F_1 + \vec F_2\]. Составляющая \(~\vec F_1\) совпадает по направлению со скоростью \(~\vec \upsilon_2\) и совершает положительную работу \(~\vec A_1\) по перемещению проводника. Другая составляющая \(~\vec F_2\) тормозит электроны и совершает отрицательную работу \(~\vec A_2\).

Вычислим работу каждой силы в единицу времени.

Сила \(~\vec F_1\) возникает из-за движения электронов со скоростью \(~\vec \upsilon_1\) вдоль проводника. Угол α1 между векторами \(~\vec B\) и \(~\vec \upsilon_1\) равен \(~\frac{\pi}{2}\). Модуль силы \(~F_1 = e \upsilon_1 B\). Если бы проводник не двигался (υ2 = 0), то сила \(~\vec F_1\) равнялась бы \(~\vec F\) и не совершала бы работы. Но проводник движется со скоростью \(~\vec \upsilon_2\). Поэтому за единицу времени сила \(~\vec F_1\) совершает положительную работу

\(~\frac{A_1}{t} = F_1 \upsilon_2 = e B \upsilon_1 \upsilon_2\) .

В свою очередь, сила \(~\vec F_2\) появляется за счет движения электронов вместе с проводником со скоростью \(~\vec \upsilon_2\) перпендикулярной к проводнику. Угол α1 между векторами \(~\vec B\) и \(~\vec \upsilon_2\) также равен \(~\frac{\pi}{2}\). Модуль силы \(~F_2 = e \upsilon_2 B\). Если бы в проводнике не было тока (υ1 = 0), то сила \(~\vec F_2\) равнялась бы силе \(~\vec F\) и не совершала бы работы. Но электроны движутся со скоростью \(~\vec \upsilon_1\) против направления силы \(~\vec F_2\). Поэтому эта сила тормозит электроны и за единицу времени совершает отрицательную работу

\(~\frac{A_2}{t} = -F_2 \upsilon_1 = -e B \upsilon_1 \upsilon_2\) .

Весь фокус в том, что положительная работа составляющей силы Лоренца \(~\vec F_1\) равна по модулю отрицательной работе составляющей \(~\vec F_2\). Полная работа силы Лоренца, как это и должно быть, равна нулю.

Удельная работа \(~\frac{A_2}{e} = \varepsilon_i\), представляет собой ЭДС, индуцируемую в якоре электродвигателя. Работа силы \(~\vec F_2\) привела бы к остановке электронов и прекращению тока даже при нулевом сопротивлении обмоток якоря, если бы еще одну работу — A3 — не совершал источник тока. Эту работу совершает электрическое поле, возникающее в проводнике при включении двигателя в цепь. Напряжение источника поддерживает движение, электронов в обмотке, несмотря на торможение их магнитной силой \(~\vec F_2\) и наличие у проводников сопротивления R. Таким образом, в конечном счете электродвигатель работает за счет источника тока, питающего якорь.

Сила тока в цепи якоря определяется по формуле

\(~I = \frac{U - \varepsilon_i}{R}\) ,

где U — приложенное к мотору напряжение. При включении двигателя в первый момент \(~\varepsilon_i \approx 0\), и сила тока оказывается весьма большой из-за малого сопротивления обмоток якоря. Она в 10-15 раз превышает силу тока работающего двигателя. Поэтому при пуске мощных двигателей применяются специальные реостаты для плавного повышения напряжения.

Работа генератора электрического тока объясняется так же, как и работа мотора. Когда якорь генератора приводится в движение, электроны проводников якоря приобретают скорость направленного движения \(~\vec \upsilon_2\) (рис. 2). Из-за этого появляется сила Лоренца \(~\vec F_2\), сообщающая электронам скорость \(~\vec \upsilon_1\) вдоль проводников. Результирующая сила \(~\vec F\) перпендикулярна суммарной скорости \(~\vec \upsilon\) и не совершает работы. Составляющая \(~\vec F_2\) представляет собой стороннюю силу, вызывающую появление тока в обмотке якоря. Она совершает положительную работу A2. ЭДС генератора \(~\varepsilon_i = \frac{A_2}{e}\). Другая составляющая \(~\vec F_1\) направлена против движения проводника. Она совершает отрицательную работу A1 и тормозит вращение якоря. Обе работы равны по модулю и противоположны по знаку. Якорь не останавливается, несмотря на тормозящую силу \(~\vec F_2\), благодаря действию внешних сил со стороны двигателя, вращающего якорь. Именно положительная работа внешних сил компенсирует отрицательную работу силы \(~\vec F_1\), и вращение якоря продолжается непрерывно.

Рис. 2

Чем больше потребителей включено в цепь генератора, тем больше должна быть сила тока в якоре для поддержания на выходе генератора неизменного напряжения. Соответственно, больше будет сила \(~\vec F_1\), тормозящая якорь, и для поддержания номинального режима работы генератора потребуется большая мощность двигателя. Таким образом, включая без нужды обыкновенную электрическую лампочку, мы наставляем двигатель, вращающий якорь генератора, развивать чуть большую мощность.

Смотреть HD

видео онлайн

бесплатно 2022 года