storinka.click » Фізика » Генераторы индукционного тока. Промышленные источники электрической энергии
Інформація про новину
  • Переглядів: 590
  • Дата: 21-02-2018, 08:22
21-02-2018, 08:22

Генераторы индукционного тока. Промышленные источники электрической энергии

Категорія: Фізика


Генераторами электрической энергии (рис. 63, а) называют электрические машины, которые превращают механическую энергию в электрическую. Различают генераторы постоянного и переменного тока. Первые предназначены для питания потребителей электрической энергии постоянным током, а вторые — переменным.

Генераторы постоянного тока широко применяются в современной электротехнике. Например, в технике больших токов генераторы постоянного тока используются в трамваях, на электрических железных дорогах и в других специальных электротехнических установках, где переменный ток использовать нельзя.

Генератор переменного тока - электрическая машина, в которой механическая энергия превращается в электрическую с помощью явления

электромагнитной индукции. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле.

Технический индукционный генератор устроен следующим образом.

Если виток разрежем и концы его соединим с концами внешней цепи с помощью двух изолированных друг от друга колец, по которым скользят щетки внешней цепи (рис. 63, б), то получим схему простейшеого генератора.


Загрузка...

На рисунке 64 изображена простейшая схема генератора переменного тока. Если цепь замкнуть, то в ней будет проходить переменный индукционный ток. С внешней цепью рамка соединяется кольцами, закрепленными на одной оси с рамкой. За один оборот рамки полярность щеток изменяется дважды. Чтобы увеличить напряжение, которое снимают с клемм генератора, на рамки наматывают много витков. Во всех промышленных генераторах переменного тока витки, в которых индуцируется переменный ток, устанавливают неподвижно, а магнитная система вращается. Неподвижную часть генератора называют статором, а подвижную - ротором. Если ротор вращать с помощью внешней силы, то вместе с ротором будет вращаться и магнитное поле, которое он создает, при этом в проводниках статора индуцируется ток. Электрогенераторы, работающие с гидротурбинами, называют гидрогенераторами, а работающие с паровыми турбинами, - турбогенераторами.

В качестве энергоносителей люди использовали древесину, движущую силу воды, энергию Солнца и т. д. В наше время основными энергоносителями стали углеводы и соединения (нефть, газ, уголь) и ядерное топливо. Альтернативными энергоисточниками рассматриваются энергия Солнца, геотермическая энергия Земли, водород, термоядерная энергия.

Существенные изменения структура топливно-энергетического баланса мирового хозяйства испытала на протяжении последних ста лет.

Если в первой половине XX в. в энергобалансе мирового хозяйства преобладал уголь и имели важное значение дрова, то в последние десятилетия ведущую роль играют нефть и газ. Несколько десятилетий на их долю приходилось 3/5 объема энергопотребления. По прогнозам специалистов, в XXI в. их часть снизится, в то же время сохранит значение потребление угля и несколько увеличится роль ядерной энергетики и нетрадиционных (альтернативных) источников энергии.

Уровень развития электроэнергетики - один из важнейших показателей научно-технического прогресса. Объемы производства электроэнергии и ее производство на душу населения опосредованно определяют экономический потенциал и экономический уровень развития страны.

Невзирая на гидроэнергетическое строительство (рис. 65) во всем мире, роль ГЭС в энергоснабжении постоянно уменьшается. Это объясняется большими темпами сооружения ТЭС (рис. 66), которые работают на минеральном топливе.

По производству электроэнергии первенство в мире — у теплоэнергетики. Теплоэлектростанции, работающие на разных видах топлива, размещаются специфически. В странах, ведущих большие разработки угля, мощные конденсационные электростанции, использующие его, привязаны именно к этим разработкам.


Атомная энергетика стала отдельной отраслью после Второй мировой войны. Сегодня она играет важную роль в электроэнергетике многих стран мира. Атомные электростанции (АЭС) используют транспортабельное топливо - уран, их размещают независимо от топливно-энергетического фактора и ориентируют на потребителей в районах с напряженным топливно-энергетическим балансом (рис. 67).

Ветряные электростанции (ВЭС) используют энергию ветра, которая вращает ротор генератора (рис. 68).

Гелиоэлектростанции (ГелиоЭС) преобразуют энергию Солнца в электрическую энергию (рис. 69).

Геотермальные электростанции (ГеоТЭС) преобразуют тепловую энергию Земли в электрическую (рис. 70).

ЗАДАЧИ И УПРАЖНЕНИЯ

Решаем вместе

Если разместить проволочный прямоугольник в плоскости магнитного меридиана и перемещать его в этой плоскости, будет ли в нем возникать индукционный ток?

Ответ: нет, поскольку стороны прямоугольника не пересекают магнитных линий магнитного поля Земли.

Уровень А

36. Замкнутое металлическое кольцо движется в однородном магнитном поле поступательно. Возникает ли ток в кольце? Почему?

37. Определите направление индукционного тока, если известно размещение полюсов магнита и направление движения проводника (рис. 71).

38. Будет ли индуцироваться ток, если проводник перемещать, как показано на рисунке 72?

39. Определите полюса магнита на рисунке 73, если известны направления движения проводника и индукционного тока в нем.

Уровень Б

40. Рама автомобиля является замкнутым контуром. Возникает ли в ней индукционный ток во время движения машины? Магнитное поле Земли возле ее поверхности однородно.

41. Провод, соединенный с чувствительным гальванометром, перемещают в магнитном поле Земли с запада на восток. Как надо разместить провод -горизонтально или вертикально, чтобы стрелка гальванометра отклонилась на больший угол? Что изменится в показаниях гальванометра, если провод перемещать с востока на запад?

42. Над катушкой висит на пружине железный стержень. Что с ним будет происходить, если по катушке пропускать постоянный ток? Изменить направление тока в катушке? Изменять силу тока в катушке?

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Майкл Фарадей (1791-1867) - английский физик, член Лондонского королевского общества. Родился в предместье Лондона в семье кузнеца. Из-за бедности не получил системного образования. Слушая публичные лекции Гемфри Дэви, попросил взять

его на работу в Королевский институт. Работал в институте с 1813 г. В 1825 г. возглавил лабораторию в Королевском институте, с 1827 г. работал профессором кафедры химии.

Выполнил фундаментальные исследования по электромагнетизму. Поставил перед собой задачу «преобразовать магнетизм в электричество» и получить электрический ток из магнитного поля. В 1831 г. открыл явление электромагнитной индукции.

Фарадей детально исследовал явления электромагнитной индукции и самоиндукции, высказал предположение, что электрические и магнитные действия не передаются от тела к телу непосредственно, а переносятся в диэлектрической среде, размещенной между ними.

В 1833-1834 гг. открыл законы электролиза и ввел основную терминологию этого явления. Ввел понятия электрического и магнитного поля, сформулировал понятие об электрических и магнитных силовых линиях. После исследований Фарадея материю начали рассматривать не только в форме вещества, но и в форме поля. В 1843 г. экспериментально доказал закон сохранения электрического заряда. Сделал открытия в области магнетизма (1845) и действия магнитного поля на свет (1846).

ПРОВЕРЬТЕ СВОИ ЗНАНИЯ

Контрольные вопросы

1. Почему магнитные свойства постоянных магнитов уменьшаются либо исчезают, если они подвергаются механическим ударам?

2. Как объяснить, что магнитные линии постоянного магнита не пересекаются?

3. Почему магнитная стрелка возле проводника с током поворачивается и изменяет свое направление?

4. Как Ампер объяснял намагничивание железа?

5. Почему опыт Эрстеда имел такое большое значение для дальнейшего развития электродинамики?

6. Как взаимодействуют параллельные проводники с током?

7. Почему вещества, содержащие железо, сталь, никель, в магнитном поле намагничиваются?

8. Как изготовить сильный электромагнит, если задача конструктора, чтобы ток в электромагните был относительно малым?

9. Электромагниты, которые используют в подъемном кране, имеют огромную мощность. Электромагниты, с помощью которых, например, удаляют случайно попавшие в глаза железные опилки, очень слабые. Какими способами достигается такое различие?

10. С помощью какого устройства можно непрерывно вращать рамку с током в магнитном поле?

11. Опишите конструкцию и работу электродвигателя.

12. Длинный изолированный провод складывают вдвое и наматывают на катушку (как и из обычного одинарного провода). Концы провода присоединяют к гальванометру. Возникнет ли ток в катушке при вводе в нее полосного магнита?

Что я знаю и умею делать

Я знаю, где используют магнитные материалы.

1. Какие магнитные материалы используют в предметах, изображенных на рисунке 74?

Я умею объяснять, как работают электрические приборы и устройства.

2. На рисунке 75 изображена схема прибора. Что это за прибор? Как он работает?

3. Назовите, в каких бытовых устройствах используются электродвигатели. Объясните, как они работают.

Я знаю, как работает велосипедный генератор.

4. Назовите основные детали велосипедного генератора (рис. 76). Объясните, как он работает. Для чего он предназначен?

5. Почему от велосипедного генератора идет только один провод к электрическим лампочкам переднего и заднего освещения?

Я умею изготовлять приборы и выполнять эксперимент.

6. Какое устройство изготовил ученик (рис. 77)? Как оно работает?

7. К одному из полюсов магнита подвесьте мелкие гвозди в виде гирлянды. Проверьте, каким полюсом (одно- или разноименным) надо перемещать сверху вниз второй магнит, чтобы гвозди друг за другом отпадали от первого магнита. Объясните явление.

8. Испытайте, притягивает ли железные опилки магнит через бумагу, стекло, медь и другие вещества.

Я знаю, как определяют полюса магнитов и полюса источников питания, намагниченность веществ.

9. С помощью компаса определите полюса магнита, завернутого в бумагу.

10. Необходимо подзарядить свинцовые аккумуляторы, но не видно обозначений полюсов. Как определить полярность, если есть магнитная стрелка или компас, проводники и реостат?

11. Как узнать, какой из двух стальных стержней намагничен?

Я знаю, почему научно-исследовательские суда имеют специфическую конструкцию.

12. Почему научно-исследовательские суда для изучения магнитного поля Земли строят не стальными, а деревянными и для скрепления деталей используют винты из бронзы, латуни и других немагнитных материалов?


Загрузка...

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

Вариант 1

1. В технике используют, в частности, сталь, чугун, никель, кобальт. Какие из перечисленных металлов притягиваются магнитами?

А чугун Б кобальт В никель Г сталь Д все перечисленные металлы

2. Подвешенный на нити магнит поворачивается в направлении север-юг. Каким полюсом магнит повернется к Северному магнитному полюсу Земли?

А северным Б южным В ни одним

3. Что такое магнитная аномалия?

А размагничивание стрелки компаса вследствие сильного нагревания Б постоянное и значительное отклонение от нормы направления магнитного поля в некоторых местах

4. Вокруг каких зарядов существует магнитное поле?

А вокруг неподвижных и подвижных электрических зарядов Б вокруг неподвижных электрических зарядов В вокруг подвижных электрических зарядов

5. Возле проводника с током размещена магнитная стрелка. Что с ней произойдет, если изменится направление тока в проводнике?

А стрелка повернется на 180° Б стрелка повернется на 90°

В стрелка повернется на 45° Г стрелка останется неподвижной

6. Как изменится магнитное поле катушки с током, если в нее, не изменяя тока, поместить железный сердечник?

А увеличится Б уменьшится В не изменится

7. Вы уже знаете, что на проводник с током, размещенный между полюсами магнита, действует сила, и проводник движется. В каких устройствах используют это явление?

А в электродвигателях Б в электронагревательных приборах В в электромагнитных кранах

8. Что нужно сделать, чтобы изменить магнитные полюса катушки с током на противоположные?

А изменить направление тока Б изменить силу тока

В ввести в катушку железный сердечник Г вынуть железный сердечник

9. Какие устройства используют для регулирования тока в катушке электромагнита?

А предохранитель Б реостат В ключ

10. Что надежно защищает человека на Земле от космического излучения?

А атмосфера Земли Б магнитное поле Земли

В земная атмосфера и магнитное поле Земли

11. Кто первый построил электродвигатель?

А А. Ампер Б Дж. Джоуль В К.Г. Якоби Г Э.Х. Ленц

12. В каких источниках электроэнергии используют энергию Солнца?

А аккумуляторах Б термопарах В солнечных батареях

Вариант 2

1. К концу стального стержня притягиваются южный и северный полюса магнитной стрелки. Намагничен ли стержень?

А да, поскольку иначе стрелка не притягивалась бы Б однозначного ответа нет В нет, к намагниченному стержню притягивался бы только один полюс

2. Какова основная причина появления магнитных бурь?

А сильные ураганы на Земле Б землетрясения

В солнечная активность Г ультрафиолетовое излучение

3. Какое физическое явление демонстрируется в опыте Эрстеда?

А взаимодействие проводников стоком Б взаимодействие магнитной стрелки и проводника с током В взаимодействие наэлектризованных тел

4. Как изменится действие магнитного поля катушки с током, если эту катушку заменить другой - с большим количеством витков?

А увеличится Б уменьшится В не изменится

5. Зачем поток зерна на жернова пропускают между полюсами сильного магнита?

А для подсушивания зерна Б для отбора лучшего зерна

В для очистки зерна от семян сорняков и железных предметов

6. Что такое магнитная аномалия?

А намагничивание стрелки компаса при сильном нагревании Б постоянное и значительное отклонение от нормального направления магнитного поля в некоторых местностях

В изменение магнитного поля Земли вследствие космического излучения

7. Как будет вести себя катушка с током, если ее закрепить на дощечке и опустить на поверхность воды в широкой посудине?

А повернется в направлении юг-север Б останется неподвижной

В повернется перпендикулярно направлению юг-север

8. Какова причина поворота алюминиевой рамки в электроизмерительном приборе магнитоэлектрической системы?

А действие магнитного поля постоянного магнита на алюминиевую рамку Б тепловое действие электрического тока в рамке В действие магнитного поля на проводник с током

9. Какие преобразования энергии происходят в электрическом двигателе?

А механической - в электрическую Б механической - в механическую

В электрической - в механическую Г электрической - в электрическую

10. Кто впервые проводил опыт взаимодействия проводника стоком и магнитной стрелкой?

А А. Вольта Б Л. Гальвани В Х.К. Эрстед Г Дж. Джоуль

11. Какой электроизмерительный прибор предназначен для измерения напряжения? На чем основывается его действие?

А амперметр; взаимодействие электрических полей Б вольтметр; взаимодействие электрического и магнитного полей В амперметр; взаимодействие электрического и магнитного полей Г вольтметр; взаимодействие электрических полей

12. В каких источниках электроэнергии используют энергию тепла?

А в аккумуляторах Б в термопарах В в солнечных батареях

 

Это материал учебника Физика 9 класс Сиротюк