Презентация на тему Генерирование переменного электрического тока

Генерирование переменного электрического тока

Электрический ток вырабатывается в генераторах – устройствах, преобразующих энергию того или иного вида в электрическую энергию. К генераторам относятся гальванические элементы, электростатические машины, термобатареи, солнечные батареи и т. п.

В проводнике, движущемся в постоянном магнитном поле, генерируется электрическое поле, возникает ЭДС индукции. C целью большей компактности генераторов электрического тока в электрическую энергию преобразуется механическая энергия вращательного движения, а не поступательного. Основным элементом генератора является рамка, вращающаяся в магнитном поле. Во вращение рамку может приводить паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, гидротурбина и т. д.

Найдем ЭДС, которая индуцируется в рамке со сторонами a и b, вращающейся c угловой скоростью ω в магнитном поле c индукцией B. B начальном положении угол a, образуемый вектором индукции B c вектором площади ∆S, равен нулю. В этом положении рамки разделения зарядов не происходит. B правой половине рамки вектор скорости сонаправлен вектору индукции, в левой половине направлен противоположно ему, поэтому сила Лоренца, действующая на заряды в рамке, равна нулю. При повороте рамки на угол 90° в сторонах рамки под действием силы Лоренца происходит разделение зарядов. В сторонах 1 и 3 возникают одинаковые ЭДС индукции ξi1=ξi3=vBb. Разделение зарядов в сторонах 2 и 4 незначительно, и поэтому ЭДС индукции, возникающими в них, можно пренебречь. С учетом того, что v = ωа/2, полная ЭДС, индуцируемая в рамке, равна ξi= 2ξi1= ωВ∆S, где ∆S = ab.

ЭДС, индуцируемую в произвольном положении рамки в момент времени t, можно найти из закона Фарадея. Магнитный поток через площадь рамки изменяется с течением времени из-за изменения угла α=ωt между линиями магнитной индукции и вектором площади: Ф=В∆Sсоsωt. Тогда ξi=-Ф'=ξimax sinωt, где ξimax - максимальная ЭДС, индуцируемая в рамке; ξimax=ωB∆S .

Генератор содержит вал с проволочными обмотками, вращающимися в магнитном поле. Вал приводится в движение турбиной. При вращении вала магнитное поле по отношению к обмотке периодически меняет свое направление. Движение обмоток поперек магнитного поля вызывает в них ток, который тем сильнее, чем ближе витки провода к полюсам магнита. При дальнейшем вращении вала витки удаляются от полюсов, и ток падает до нуля, когда витки окажутся на равном расстоянии от обоих полюсов. Потом ток начнет расти в противоположном направлении, поскольку витки попадут в зону действия другого полюса магнита.

В таких генераторах можно вырабатывать как переменный, так и постоянный ток. Если оба конца катушки соединены с выходным кабелем через скользящие контакты в виде 2 колец, то каждый конец кабеля будет связан с одним и тем же концом катушки, и при вращении ее в магнитном поле ток будет менять свое направление, то есть будет переменным.

На электростанциях для вращения вала генератора используют турбины, которые приводятся в действие паром или раскаленным газом. Валы турбины и генератора составляют одно целое, и вся установка называется турбогенератором.

Небольшие генераторы используются для питания велосипедных лампочек. Движение колеса передается на рифленую головку, укрепленную на сердечнике с обмотками, вращающимися между полюсами постоянного магнита.

Рамка, по которой ток, равномерно вращается в однородном магнитном поле, индукция которого 4 мТл. Площадь рамки 20 см2. Ось вращения рамки лежит в ее плоскости и перпендикулярна вектору индукции поля. Найти максимальный магнитный поток сквозь плоскость рамки.

Дано: В=4 мТл=4*10-3 Тл; S=20см2=2*10-3 м2.

Решение: Магнитный поток сквозь плоскость рамки по определению равен: Ф=BScosα, Ф=4*10-3Тл*2*10-3м2=8*10-6Вб=8мкВб

Презентацию подготовила учитель физики средней школы № 73 БАДАНИНА И.В.