Средний уровень 1. От чего зависит направление силы, действующей на про- водник с током, находящийся в магнитном поле? 2. В каком случае магнитное поле не действует на проводник с током? 3. Как действует магнитное поле на рамку с током? 4. Почему в метро применяют только электрические двигате- ли, а не тепловые? 5. Какими способами создается магнитное поле B электродвигателе? 6. Проволочный виток с током вращается в магнитном поле. За счет какой энергии совершается механическая работа по вращению рамки?

Средний уровень

1. От чего зависит направление силы, действующей на проводник с током, находящийся в магнитном поле?

   Направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле (сила Ампера), зависит от:

   • Направления тока в проводнике.
   • Направления линий магнитной индукции (направления магнитного поля).

   Эти зависимости определяются правилом левой руки.

2. В каком случае магнитное поле не действует на проводник с током?

   Магнитное поле не действует на проводник с током (сила Ампера равна нулю), если:

   • Ток в проводнике отсутствует (I = 0).
   • Магнитное поле отсутствует (B = 0).
   • Проводник не находится в магнитном поле (длина проводника в поле L = 0).
   • Направление тока в проводнике параллельно направлению линий магнитной индукции (угол между ними равен 0° или 180°, sin(0°) = sin(180°) = 0).
3. Как действует магнитное поле на рамку с током?

   На рамку с током, помещенную в магнитное поле, действуют:

   • Пара сил (вращающий момент): Эти силы стремятся повернуть рамку так, чтобы ее плоскость стала перпендикулярной линиям магнитной индукции, а площадь рамки ориентировалась перпендикулярно полю.
   • Поступательная сила (в однородном поле): В однородном магнитном поле, если рамка расположена симметрично, результирующая поступательная сила равна нулю. Однако, если рамка смещена или поле неоднородно, может возникать и поступательное движение.

   Основное действие – это возникновение вращающего момента, который является основой работы электродвигателя.

4. Почему в метро применяют только электрические двигатели, а не тепловые?

   В метро применяют только электрические двигатели по нескольким причинам:

   • Экологичность: Электрические двигатели не производят вредных выбросов в атмосферу, что важно для закрытых пространств, таких как тоннели метро. Тепловые двигатели (например, бензиновые или дизельные) выделяют выхлопные газы.
   • Эффективность: Электрические двигатели, как правило, более эффективны и имеют более высокий КПД по сравнению с тепловыми двигателями.
   • Тишина и плавность хода: Электродвигатели работают гораздо тише и обеспечивают более плавный ход, что повышает комфорт пассажиров и снижает шумовое загрязнение.
   • Управляемость: Скорость и мощность электрических двигателей легко регулируются, что необходимо для точного управления движением поездов в условиях метрополитена (остановки, разгон).
   • Надежность и простота обслуживания: Электрические двигатели часто имеют более простую конструкцию, меньше движущихся частей и требуют меньше обслуживания по сравнению с тепловыми двигателями.
   • Доступность энергии: В метрополитене имеется развитая система электроснабжения, что делает использование электрических двигателей наиболее практичным.
5. Какими способами создается магнитное поле в электродвигателе?

   Магнитное поле в электродвигателе создается двумя основными способами:

   • С помощью постоянных магнитов: В простых или маломощных двигателях (например, в игрушках, вентиляторах) используются постоянные магниты, которые создают статическое магнитное поле.
   • С помощью электромагнитов: В большинстве промышленных и мощных электродвигателях магнитное поле создается электромагнитами. Это достигается путем пропускания электрического тока через обмотки статора (неподвижной части) или ротора (вращающейся части). Эти обмотки намотаны на сердечники из ферромагнитного материала, что значительно усиливает создаваемое магнитное поле. В современных двигателях часто используется возбуждение поля с помощью обмоток возбуждения, через которые пропускается постоянный ток.
6. Проволочный виток с током вращается в магнитном поле. За счет какой энергии совершается механическая работа по вращению рамки?

   Механическая работа по вращению рамки (или витка) с током в магнитном поле совершается за счет энергии электрического тока, протекающего в рамке.

   Взаимодействие магнитного поля с током в проводнике порождает силу Ампера, которая создает вращающий момент. Этот момент совершает работу, преодолевая противодействующие силы (например, трение или сопротивление воздуха) и приводя рамку во вращение. Таким образом, электрическая энергия преобразуется в механическую энергию вращения.