- Электродвигатели
- Гальванометр
- знать области применения явления вращения рамки с током в магнитном поле
- уметь объяснять схему работы электродвигателя и гальванометра
- С помощью каких приборов можно измерить силу тока и напряжение?
- Как ведёт себя рамка с током в магнитном поле?
- Как определить направление силы Ампера?
Электродвигатели
Рис. 1. Модель коллекторного электродвигателя
Действие магнитного поля на рамку с током широко используется в работе различных устройств.
На рисунке 1 показана модель одного из них — коллекторного электродвигателя (электромотора). Рамка с током 1 находится в поле постоянного магнита. К рамке прикреплён коллектор 2, который представляет собой два полукольца. Полукольца замкнуты на полюса источника тока с помощью щёток 3.
В момент замыкания электрической цепи по проводнику начинает течь ток — рамка под действием силы Ампера начинает вращаться, одновременно с ней приходят в движение полукольца. Когда рамка с током оказывается в положении равновесия, щётки теряют контакт с полукольцами. Ток в цепи пропадает на очень короткий промежуток времени, однако рамка продолжает движение по инерции.
В результате такого движения щётки вновь вступают в контакт с полукольцами, в цепи снова возникает ток, причём его направление противоположно первоначальному. Рамка под действием силы Ампера продолжает вращение.
Коллекторные электромоторы устанавливают в таких приборах, как пылесос, электробритва, различные ручные электроинструменты. Электродвигатели обеспечивают работу троллейбусов, электропоездов, а также используются для запуска двигателей внутреннего сгорания в автомобилях.
Электродвигатели имеют множество преимуществ: высокий КПД, малые габаритные размеры, надёжность и отсутствие вредного влияния на окружающую среду.
Гальванометр
Действие большинства современных измерительных приборов, таких как омметр, амперметр, вольтметр, основано на явлении вращения рамки с током в магнитном поле. Для измерения малых значений сил тока используются чувствительные амперметры — гальванометры. Такие приборы позволяют измерять значения силы тока в пределах 10-5 – 10-12 А.
Рис. 2. Устройство гальванометра
Устройство гальванометра представлено на рисунке 2.
Он представляет собой конструкцию из лёгкой рамки с прикреплённой к ней стрелкой, постоянного магнита подковообразной формы, между полюсами которого расположена рамка, и шкалы. Рамка соединена с клеммами измерительного прибора через спиральные пружинки.
Пока ток отсутствует, рамка находится в горизонтальном положении. При включении гальванометра в электрическую цепь, по которой течёт ток, она поворачивается на некоторый угол, стрелка указывает соответствующее значение силы тока на шкале.
Магнит в гальванометре имеет специальную форму, а внутри рамки расположен железный цилиндр — это необходимо для того, чтобы в процессе измерения силы тока вектор магнитной индукции оставался неизменным. Если параллельно гальванометру подключить резистор с небольшим сопротивлением, то данный амперметр можно будет использовать для измерения сил токов, превышающих максимально предусмотренное значение тока для данного прибора.
Гальванометр можно использовать в качестве вольтметра. Для этого необходимо последовательно с прибором включить резистор с большим сопротивлением. Гальванометр позволяет измерять значения напряжения в пределах 10-4 В.
Итоги
- Явление вращения рамки с током в магнитном поле используется в самых различных областях: производстве приборов бытового назначения; машиностроении; при конструировании измерительных приборов.
- Гальванометр — прибор для измерения очень малых значений сил токов и напряжений.
Контрольные вопросы
1. Используя рисунок 1, опишите принцип работы электродвигателя.
2. В каких приборах используют явление вращения рамки с током в магнитном поле?
3. Для чего используется гальванометр? Опишите его устройство.
