Генератори індукційного струму. Промислові джерела електричної енергії

 
 

Генераторами електричної енергії (мал. 63, а) називають електричні машини, що перетворюють механічну енергію в електричну. Розрізняють генератори постійного і змінного струму. Перші призначено для живлення споживачів електричної енергії постійним струмом, а другі - змінним.

Генератори постійного струму широко застосовуються в сучасній електротехніці. Наприклад, у техніці великих струмів генератори постійного струму використовуються в трамваях, на електричних залізницях і в інших спеціальних електротехнічних установках, де змінний струм використовувати не можна.

Генератор змінного струму - електрична машина, у якій механічна енергія перетворюється в електричну за допомогою явища електромагнітної індукції. Більшість генераторів змінного струму використовують обертове магнітне поле.

Технічний індукційний генератор має таку будову.

Якщо виток розріжемо і кінці його з’єднаємо з кінцями зовнішнього кола за допомогою двох ізольованих одне від одного кілець, якими ковзають щітки зовнішнього кола (мал. 63, б), то отримаємо схему найпростішого генератора.



 

На малюнку 64 зображено найпростішу схему генератора змінного струму. Якщо коло замкнути, то в ньому проходитиме змінний індукційний струм. Із зовнішнім колом рамка з’єднується кільцями, закріпленими на одній осі з рамкою. За один оберт рамки полярність щіток змінюється двічі.

Щоб збільшити напругу, яку знімають з клем генератора, на рамки намотують не один, а багато витків. У всіх промислових генераторах змінного струму витки, у яких індукується змінний струм, установлюють нерухомо, а магнітна система обертається. Нерухому частину генератора називають статором, а рухому - ротором. Якщо ротор обертати за допомогою зовнішньої сили, то разом з ротором обертатиметься і магнітне поле, яке він створює, при цьому в провідниках статора індукується струм. Електрогенератори, які працюють з гідротурбінами, називають гідрогенераторами, а ті, що працюють з паровими турбінами, - турбогенераторами.

Як енергоносії людство використовувало силу м’язів, деревину, рушійну силу води, енергію Сонця тощо. У наш час основними енергоносіями стали вуглеводи і сполуки (нафта, газ, вугілля) та ядерне паливо. Як альтернативні енергоджерела майбутнього розглядається енергія Сонця, геотермічна енергія Землі, водень, термоядерна енергія.

Істотних змін структура паливно-енергетичного балансу світового господарства зазнала впродовж останніх ста років.

Якщо в першій половині XX ст. в енергобалансі світового господарства переважало вугілля і мали важливе значення дрова, то в останні десятиліття провідну роль відіграють нафта і газ. Кілька десятиліть на їх частку припадало 3/5 обсягу енергоспоживання. За прогнозами фахівців на початку XXI ст. їх частка знизиться, водночас збереже зна

чення споживання вугілля і дещо збільшиться роль ядерної енергетики і нетрадиційних (альтернативних) джерел енергії.

Рівень розвитку електроенергетики - один з найважливіших показників науково-технічного прогресу. Обсяги виробництва електроенергії та її виробництво на душу населення опосередковано визначають економічний потенціал та економічний рівень розвитку країни.

Попри гідроенергетичне будівництво (мал. 65), що триває в усьому світі, роль ГЕС в енергопостачанні постійно зменшується. Це пояснюється вищими темпами спорудження ТЕС (мал. 66), що працюють на мінеральному паливі.


За виробництвом електроенергії у світі перед веде теплоенергетика. Теплоелектростанції, що працюють на різних видах палива, розміщуються специфічно. У країнах, які мають великі розробки вугілля, потужні конденсаційні електростанції, що його використовують, прив’язано саме до цих розробок.

Атомна енергетика стала окремою галуззю після Другої світової війни. На сьогодні вона відіграє важливу роль в електроенергетиці багатьох країн світу. Атомні електростанції (АЕС) використовують транспортабельне паливо - уран, їх розміщують незалежно від паливно-енергетичного фактору та орієнтують на споживачів у районах з напруженим паливно-енергетичним балансом (мал. 67).

Вітрові електростанції (ВЕС) використовують енергію вітру, якою здійснюється обертання роторів генераторів (мал. 68).

Геліоелектростанції (ГеліоЕС) дають змогу безпосередньо перетворювати енергію Сонця в електричну енергію (мал. 69).

Геотермальні електростанції (геоТЕС) перетворюють теплову енергію Землі в електричну (мал. 70).

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ

Розв’язуємо разом

Якщо розмістити дротяний прямокутник у площині магнітного меридіана і рухати його в цій площині, то чи виникатиме в ньому індукційний струм?

Відповідь: ні, тому що сторони прямокутника не перетинають магнітних ліній магнітного поля Земля.

Рівень А

36. Замкнуте залізне кільце рухається в однорідному магнітному полі поступально. Чи виникає струм у кільці? Чому?

37. Визначте напрямок індукційного струму, якщо відомо розміщення полюсів магніту і напрямок руху провідника (мал. 71).

38. Чи індукуватиметься струм, якщо провідник рухати, як показано на малюнку 72?

39. Визначте полюси магніту на малюнку 73, якщо відомо напрямки руху провідника й індукційного струму в ньому.

Рівень Б

40. Рама автомобіля є замкнутим контуром. Чи виникатиме в ній індукційний струм під час руху машини? Магнітне поле Землі поблизу її поверхні вважати однорідним.

41. Провід, з’єднаний із чутливим гальванометром, рухають у магнітному полі Землі із заходу на схід. Як треба розмістити провід - горизонтально чи вертикально, щоб стрілка гальванометра відхилилася на більший кут? Що зміниться в показах гальванометра, якщо провід рухати зі сходу на захід? Чи індукуватиметься струм, якщо рухати провід з півночі на південь?

42. Над котушкою висить на пружині залізний стержень. Що відбуватиметься з ним, якщо котушкою пропускати постійний струм? Змінити напрямок струму в котушці? Змінювати силу струму в котушці?

ІСТОРИЧНА ДОВІДКА

Майкл Фарадей (1791-1867) - англійський фізик, член Лондонського королівського товариства. Народився в передмісті Лондона в сім'ї коваля. Через нестатки родини не мав системної освіти. Слухаючи публічні лекції Гемфрі Деві, попросив узяти його на роботу в Королівський інститут. Працював в інституті з 1813 р. У 1825 р. очолив лабораторію в Королівському інституті, з 1827 р. працював професором кафедри хімії.

Виконав фундаментальні дослідження з електромагнетизму. Поставив собі за мету «перетворити магнетизм в електрику», тобто отримати електричний струм з магнітного поля. У 1831 р. відкрив явище електромагнітної індукції, здобувши індукційний струм у вторинній обмотці, замикаючи й розмикаючи струм у первинній обмотці.

Фарадей детально дослідив явища електромагнітної індукції і самоіндукції, висловив передбачення, що електричні й магнітні дії передаються від тіла до тіла не безпосередньо, а переносяться через діелектричне середовище, розміщене між ними.

У 1833-1834 pp. установив закони електролізу й запровадив основну термінологію цього явища. Увів поняття електричного і магнітного поля, сформулював поняття про електричні й магнітні силові лінії. Після праць Фарадея матерію почали розглядати не тільки у формі речовини, а й у формі поля. У 1843 р. експериментально довів закон збереження електричного заряду. Зробив відкриття з фізики магнетизму (1845) і дії магнітного поля на світло (1846).

ПЕРЕВІРТЕ СВОЇ ЗНАННЯ

Контрольні запитання

1. Чому магнітні властивості постійних магнітів зменшуються або зникають зовсім, якщо вони зазнають механічних ударів?

2. Як пояснити, що магнітні лінії постійного магніту не перетинаються?

3. Чому магнітна стрілка біля провідника зі струмом повертається і змінює свій напрямок?

4. Як Ампер пояснював намагнічування заліза?

5. Чому дослід Ерстеда мав таке велике значення для подальшого розвитку електродинаміки?

6. Як взаємодіють паралельні провідники зі струмом?

7. Чому речовини, що містять залізо, сталь, нікель, уміщені в магнітне поле, намагнічуються?

8. Як виготовити сильний електромагніт, якщо перед конструктором поставлено вимогу, щоб струм в електромагніті був порівняно малий?

9. Електромагніти, які використовують у підйомному крані, мають величезну потужність. Електромагніти, за допомогою яких, наприклад, видаляють з очей залізні ошурки, навпаки - дуже слабкі. Якими способами досягають такої відмінності?

10. За допомогою якого пристрою можна безперервно обертати рамку зі струмом у магнітному полі?

11. Опишіть будову і роботу електродвигуна.

12. Довгий ізольований дріт складають удвоє і намотують на котушку. Кінці дроту приєднують до гальванометра. Чи виникне струм у котушці при введенні в неї штабового магніту?

Що я знаю і вмію робити

Я знаю, де використовують магнітні матеріали.

1. Які магнітні матеріали використовують у предметах, зображених на малюнку 74?

Я вмію пояснювати, як працюють електричні прилади і пристрої.

2. На малюнку 75 зображено схему приладу. Що це за прилад? Поясніть, як він працює.

3. Назвіть, у яких побутових пристроях використовуються електродвигуни. Поясніть, як вони працюють.

Я знаю, як працює велосипедний генератор.

4. Назвіть основні частини велосипедного генератора (динамо-машини, або динамо) (мал. 76). Поясніть, як він працює. Для чого він призначений?

5. Чому від велосипедного генератора йде тільки один провід до електричних ламп переднього та заднього освітлення?

Я вмію виготовляти прилади і виконувати експеримент.

6. Який пристрій виготовив учень (мал. 77)? За яких умов цей пристрій діятиме?

7. До одного з полюсів магніту начіпляйте дрібних цвяхів у вигляді гірлянди. Перевірте, яким полюсом (одно- чи різнойменним) треба переміщати зверху вниз другий магніт, щоб цвяхи один за одним відпадали від першого магніту. Поясніть спостережуване явище.

8. Випробуйте, чи притягує залізні ошурки магніт через папір, скло, мідь та інші речовини.

Я знаю, як визначають полюси магнітів та полюси джерел живлення, намагніченість речовин.

9. За допомогою компаса визначте полюси магніту, загорнутого в папір.

10. Треба дозарядити свинцеві акумулятори, але не видно позначень полюсів. Як визначити полярність, якщо ви маєте магнітну стрілку або компас, провідники і реостат?

11. Як дізнатися, який із двох сталевих стержнів намагнічений?

Я знаю, чому спеціальні науково-дослідні судна мають специфічну конструкцію.

12. Чому науково-дослідні судна для вивчення магнітного поля Землі будують не сталевими, а дерев'яними і для скріплення деталей використовують гвинти з бронзи, латуні та інших немагнітних матеріалів?


ТЕСТОВІ ЗАВДАННЯ

Варіант 1

1. У техніці використовують, зокрема, сталь, чавун, нікель, кобальт. Які з перелічених металів притягуються магнітами?

А чавун Б кобальт В нікель Г сталь Д усі перелічені метали

2. Підвішений на нитці магніт повертається в напрямку північ-південь. Яким полюсом магніт повернеться до північного магнітного полюса Землі?

А північним Б південним В жодним

3. Що таке магнітна аномалія?

А розмагнічування стрілки компаса внаслідок сильного нагрівання Б постійне і значне відхилення від норми напрямку магнітного поля в деяких місцях

4. Навколо яких зарядів існує магнітне поле?

A навколо нерухомих і рухомих електричних зарядів Б навколо нерухомих електричних зарядів B навколо рухомих електричних зарядів

5. Біля провідника зі струмом розмістили магнітну стрілку. Що з нею станеться, якщо зміниться напрямок струму в провіднику?

A стрілка повернеться на 180° Б стрілка повернеться на 90°

B стрілка повернеться на 45° Г стрілка залишиться нерухомою

6. Як зміниться магнітне поле котушки зі струмом, якщо в неї, не змінюючи струму, помістити залізне осердя?

А посилиться Б послабиться В не зміниться

7. Ви знаєте, що на провідник зі струмом, розміщений між полюсами магніту, діє сила і провідник рухається. У яких пристроях використовують це явище?

A в електродвигунах Б в електронагрівальних приладах B в електромагнітних кранах

8. Що потрібно зробити, щоб змінити магнітні полюси котушки зі струмом на протилежні?

A змінити напрямок струму Б змінити силу струму

B увести всередину котушки залізне осердя Г вийняти залізне осердя

9. Які пристрої застосовують для регулювання струму в котушці електромагніту?

А запобіжник Б реостат В ключ

10. Що є надійним захистом людини на Землі від космічного випромінювання?

A земна атмосфера Б магнітне поле Землі

B земна атмосфера і магнітне поле Землі

11. Хто перший побудував електродвигун?

A А. Ампер Б Дж. Джоуль B К. Г. Якобі Г Е. X. Ленц

12. У яких джерелах електроенергії використовують енергію Сонця?

А акумуляторах Б термопарах В сонячних батареях

Варіант 2

1. До кінця сталевого стержня притягуються південний і північний полюси магнітної стрілки. Чи намагнічений стержень?

A так, тому що в іншому випадку стрілка не притягувалася б Б остаточно не можна сказати

B ні, до намагніченого стержня притягувався б тільки один полюс

2. У чому полягає головна причина появи магнітних бур?

A сильні урагани на Землі Б землетруси

B сонячна активність Г ультрафіолетове випромінювання

3. Яке фізичне явище демонструється в досліді Ерстеда?

A взаємодія провідників зі струмом B взаємодія наелектризованих тіл

Б взаємодія магнітної стрілки і провідника зі струмом

4. Як зміниться дія магнітного поля котушки зі струмом, якщо цю котушку замінити іншою - з більшою кількістю витків?

A збільшиться Б зменшиться B не зміниться

5. Потік зерна на жорна млина пропускають між полюсами сильного магніту. Навіщо?

A для підсушування зерна Б для відбору кращого зерна

B для очищення зерна від насіння бур'янів і залізних предметів

6. Що таке магнітна аномалія?

A намагнічення стрілки компаса внаслідок сильного нагрівання Б постійне і значне відхилення від норми напрямку магнітного поля в деяких місцевостях B зміна магнітного поля Землі внаслідок космічного випромінювання

7. Як поводитиметься котушка зі струмом, якщо закріпити її на дощечці й опустити на поверхню води в широкій посудині?

A повернеться в напрямку південь-північ Б залишиться нерухомою

В повернеться перпендикулярно до напрямку південь-північ

8. Яка причина повороту алюмінієвої рамки в електровимірювальному приладі магнітоелектричної системи?

A дія магнітного поля постійного магніту на алюмінієву рамку Б теплова дія електричного струму в рамці B дія магнітного поля на провідник зі струмом

9. Які взаємні перетворення енергії відбуваються в електричному двигуні?

A механічна - в електричну Б механічна - у механічну

B електрична - у механічну Г електрична - в електричну

10. Хто вперше провів дослід щодо взаємодії провідника зі струмом і магнітною стрілкою?

A А. Вольта Б Л. Гальвані B Г. К. Ерстед Г Дж. Джоуль

11. Який електровимірювальний прилад призначено для вимірювання напруги? На чому ґрунтується його дія?

А амперметр; взаємодія електричних полів Б вольтметр; взаємодія електричного і магнітного полів В амперметр; взаємодія електричного і магнітного полів Г вольтметр; взаємодія електричних полів

12. У яких джерелах електроенергії використовують енергію тепла?

А в акумуляторах Б у термопарах В у сонячних батареях

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

Популярне з Фізики за 9 клас

Добавити коментар

Автору дуже потрібно знати, чи Вам допоміг даний матеріал?!

    • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
      heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
      winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
      worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
      expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
      disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
      joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
      sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
      neutral_faceno_mouthinnocent
оновити, якщо не видно коду

Коментарів 0


Ми створили сайт TEXTBOOKS з метою розміщення матеріалів (шкільних підручників) Міністерства Освіти України, для покращення освітнього процесу учнів у школах та вузах України.
Онлайн перегляд шкільного матеріалу допоможе Вам знайти якісну відповідь на поставлені питання вчителя.
Використовуйте Наш ресур для підготовки до ЗНО 2021, адже у нас присутні підготовчі курси з математики, української мови та літератури, англіської мови та історії України.