Задачи - опыты по физике (стр. 33 )

Обычный демонстрационный гальванометр можно вполне безопасно включать в сеть переменного тока последовательно с лампочкой накаливания (127 в, 25 вт) в качестве предохранительного сопротивления, если делать те кратковременные замыкания цепи, которые нужны для решения задачи. В установке указано значительно большее сопротивление, рассчитанное на значительно более слабые токи только из боязни случайного длительного замыкания цепи. Если она исключена, следует предпочесть применение лампочки.

139. Возбуждение индукционного переменного тока.

Установка. Два одинаковых электромагнита. Один из них включен непосредственно или через понижающий трансформатор в сеть городского тока. Цепь электромагнита замыкается рубильником. Второй электромагнит ни с чем не соединяется и кладется в стороне от первого. Лампочка от карманного фонаря с припаянными к ней двумя проволочками.

Условие задачи. Если вы замкнете рубильник, то включите электромагнит в цепь переменного тока.

Как следует поступить, чтобы, не касаясь этой электрической цепи, можно было использовать энергию питающего ее тока для свечения лампочки от карманного фонаря?

Дополнения. 1. Нельзя ли так расположить детали установки, чтобы она иллюстрировала передачу энергии на расстояние без помощи проводов?

Что мешает использовать подобную передачу энергии на большие расстояния? Изменяется ли сила тока в первом электромагните, когда в цепи второго накаливается нить лампочки? Изменяется ли сила тока, проходящего через первый электромагнит, если к его полюсам приложить полюса второго при выключенной лампочке? Какой технический прибор напоминает вам ваша установка?

Решение и пояснения

139. (7, 10-й кл.) Полюса второго электромагнита прикладываются к полюсам первого (рис. 32). Таким образом мы, действительно, не касаемся электрической цепи первого электромагнита, но при этом значительно изменяем его магнитную цепь. До соприкосновения сердечников электромагнитов она была незамкнутой, после соприкосновения она стала замкнутой. К концам обмотки второго электромагнита присоединяется лампочка.

Дополнения. 1. Даже при небольших электромагнитах слабый накал лампочки получается, когда расстояние между полюсами первого и второго электромагнита равно примерно 5 см.

Подобную передачу энергии не только нельзя осуществить на больших расстояниях, но и на значительных расстояниях в пределах комнаты. Напряженность магнитного поля (при малом расстоянии между полюсами первого электромагнита) чрезвычайно быстро уменьшается по мере удаления второго электромагнита от первого. Можно считать, что магнитное поле такой системы практически уже не обнаруживается на расстоянии, равном десятикратному расстоянию между полюсами электромагнита. Изменяется. Кроме соображений, связанных с работой трансформатора, о которых говорится в курсе физики, это вытекает и из закона сохранения энергии: сила тока в первом электромагните должна увеличиться, поскольку за счет энергии тока накаливается лампочка, а напряжение на обмотке первого электромагнита постоянно. Сила тока в первом электромагните уменьшится вследствие увеличения его индуктивного сопротивления, так как незамкнутый железный сердечник электромагнита замыкается сердечником второго (см. решение задачи 135, дополнение 2). Трансформатор.

Электромагниты могут быть любыми. Желательно только, чтобы они были одинаковыми, так как в противном случае у учащихся может возникнуть мысль о каких-то особых причинах, которые вынуждают пользоваться вторым электромагнитом, отличающимся от первого.

Для включения электромагнита в сеть переменного тока можно воспользоваться последовательно включенным реостатом, если только сила тока, необходимая для нормального питания электромагнита, не перегрузит сети.

140. Цепь переменного и выпрямленного электрического тока.

Условие задачи. На рисунке схематически изображена цепь переменного тока, в которой Д – динамо-машина переменного тока, Л – лампочка накаливания и В – выпрямитель переменного тока, с помощью которого заряжается аккумулятор А (рис. 26).

Укажите на схеме цепь переменного тока и выпрямленного.

Дополнения. 1. Накладывается ли переменный ток на постоянный?

2. В цепь переменного тока включена лампочка. Средняя сила переменного тока, проходящего через нее, I. В цепь включается выпрямитель, сопротивление которого так мало, что им можно пренебречь. Чему равна при этом средняя сила тока?

3. Можно ли по характеру свечения лампочки узнать, включена она в цепь переменного или выпрямленного тока, если температура накала нити в обоих случаях одинаковая?

4. Какой ток проходит через лампочку Л (рис, 26): переменный или частично выпрямленный?

Решение и пояснения

140. (10-й кл.) Замкнутая цепь переменного тока состоит из динамомашины Д, соединительных проводов и лампочки Л (см. рис. 26). Замкнутая цепь выпрямленного тока состоит из динамомашины Д, соединительных проводов, выпрямителя В и аккумулятора А.

Дополнения (даются вместе с задачей). 1. Накладывается. Это вытекает из решения задачи.

2. Ввиду того, что через выпрямитель проходят токи только одного направления, средняя сила тока равна . На практике электролитические выпрямители имеют сопротивление, которым пренебрегать нельзя. В этом случае средняя сила тока меньше .(I – средняя сила переменного тока в той же цепи без выпрямителя.)

3. Можно. При выпрямленном токе делается заметным на глаз периодическое изменение яркости свечения лампочки (лампочка „мигает“) вследствие периодического изменения температуры ее нити накала.

Периодическое изменение свечения лампочки особенно легко наблюдается, если взять ее в руку и двигать справа налево и наоборот.

4. Представим себе, что электрическая цепь переменного тока (рис. 26) состоит только из динамомашины Д и лампочки Л. Будем считать, что абсолютные максимальные значения положительного и отрицательного потенциала в 1 и 2 точках одинаковые. Очевидно, при этих условиях среднее значение токов, проходящих через лампочку в одном направлении и обратном ему, также будут одинаковы.

Включим теперь параллельно лампочке какой-либо прибор, например, электрическую плитку. Если при этом считать, что сопротивлением подводящих проводов (1–Д–2) можно пренебречь и что практически в них не происходит падения потенциала (напряжения), то значение разности потенциалов в точках 1 и 2 не изменится. Если же, наоборот, учесть сопротивление подводящих проводов и в связи с ним падение напряжения, то разность потенциалов в 1 и 2 точках после включения плитки станет меньше и средняя сила тока, проходящего через лампочку, уменьшится. Однако, поскольку разность потенциалов уменьшилась в равной мере как при токах одного, так и обратного направления, сила тока, идущего через лампочку в обоих направлениях, останется одинаковой. Иной результат получится в том случае, если вместо плитки включить параллельно лампочке выпрямитель переменного тока, заряжающий аккумулятор, как указано на рис. 26. Цепь выпрямителя замыкается только при одном направлении тока. Следовательно, разность потенциалов в 1 и 2 точках уменьшается только при этом направлении, обратный же ток протекает при нормальной разности потенциалов. Отсюда следует, что токи одного направления, проходящие через лампочку, имеют меньшее значение, чем токи обратного направления. Это и значит, что ток проходит через лампочку частично выпрямленный. Если вместо нее включить гальванометр постоянного тока, то стрелка его отклонится на некоторый угол, величина которого зависит от того, насколько сила токов одного направления больше силы токов обратного направления.

Решение вопроса, можно ли в данном конкретном случае пренебречь значением сопротивления проводов, зависит, с одной стороны, от требования определенной точности результата, а с другой – от характера поставленного вопроса.

Для возникновения рассмотренного эффекта в городскую сеть переменного тока может быть включен не только выпрямитель, а любой электрический прибор, периодически изменяющий нагрузку сети, синхронно изменениям переменного тока за полпериода.

Подобные условия могут возникнуть при работе электродвигателя, при электросварке, при работе прерывателей и т. п.

http://sheba. spb. ru/shkola/index. htm

= Школьные учебники СССР =