1. Как можно обнаружить магнитное поле? 2. Как магнитное поле действует на проводник с током? На рамку с током? 3. В каких приборах используется действие магнитного поля на проводник с током? 4. В чём преимущество электродвигателя по сравнению с двигателем внутреннего сгорания?

1. Как можно обнаружить магнитное поле?

Магнитное поле можно обнаружить по его действию на магнитную стрелку, железные опилки или проводник с электрическим током.

Основные способы обнаружения магнитного поля:

• С помощью магнитной стрелки (компаса). Если поместить магнитную стрелку в магнитное поле, она повернётся и установится вдоль магнитных линий поля. Например, стрелка компаса отклоняется, если рядом находится магнит или проводник с током.

• С помощью железных опилок. Если на лист бумаги насыпать железные опилки и поднести снизу магнит, опилки расположатся вдоль магнитных линий. Это позволяет увидеть примерную форму магнитного поля.

• С помощью проводника с током. Если поместить проводник, по которому проходит электрический ток, в магнитное поле, на него будет действовать сила, способная вызвать его движение.

Таким образом, магнитное поле обнаруживают по его воздействию на магниты, магнитные материалы и движущиеся электрические заряды, в том числе электрический ток.

2. Как магнитное поле действует на проводник с током? На рамку с током?

Действие магнитного поля на проводник с током

Если поместить проводник с электрическим током в магнитное поле, на него будет действовать сила, которая называется силой Ампера.

Под действием этой силы проводник может перемещаться. Направление силы зависит от направления электрического тока и направления магнитного поля.

Для определения направления силы используется правило левой руки:

Если расположить левую руку так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывали направление тока, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на проводник.

Сила Ампера для прямолинейного проводника в однородном магнитном поле определяется формулой:

где:

• $F$ — сила Ампера;

• $B$ — магнитная индукция;

• $I$ — сила тока;

• $l$ — длина проводника, находящегося в магнитном поле;

• $\alpha$ — угол между направлением тока и магнитным полем.

Если проводник расположен перпендикулярно магнитным линиям, сила максимальна. Если параллельно — равна нулю.

Действие магнитного поля на рамку с током

Если поместить рамку с электрическим током в магнитное поле, на её противоположные стороны будут действовать силы Ампера, направленные в противоположные стороны.

Эти силы создают вращающий момент, под действием которого рамка стремится повернуться так, чтобы её магнитный момент был направлен вдоль магнитного поля.

В однородном магнитном поле вращающий момент максимален, когда плоскость рамки параллельна магнитным линиям, и равен нулю, когда плоскость рамки перпендикулярна им.

Именно на вращающем действии магнитного поля на рамку с током основана работа многих электрических двигателей.

3. В каких приборах используется действие магнитного поля на проводник с током?

Действие магнитного поля на проводник с током используется во многих электрических устройствах.

Основные примеры:

1. Электродвигатели. Магнитное поле действует на проводники обмотки, по которым проходит ток, создавая вращающий момент. Благодаря этому электрическая энергия преобразуется в механическую. Электродвигатели используются в вентиляторах, стиральных машинах, электромобилях, станках и других устройствах.

2. Магнитоэлектрические измерительные приборы. В некоторых амперметрах и вольтметрах магнитное поле действует на рамку с током, вызывая её поворот. По углу отклонения стрелки можно определить измеряемую величину.

3. Громкоговорители (динамики). По звуковой катушке проходит переменный электрический ток. Взаимодействие тока с магнитным полем постоянного магнита заставляет катушку и связанную с ней мембрану колебаться, создавая звуковые волны.

4. Электродинамические измерительные приборы. В них взаимодействие магнитных полей катушек с током вызывает поворот подвижной части прибора.

Таким образом, действие магнитного поля на проводник с током используется для создания механического движения, звука и измерения электрических величин.

4. В чём преимущество электродвигателя по сравнению с двигателем внутреннего сгорания?

Электродвигатель имеет ряд важных преимуществ перед двигателем внутреннего сгорания (ДВС).

1. Более высокий коэффициент полезного действия (КПД).

Электродвигатель преобразует значительную часть получаемой электрической энергии в механическую. КПД современных электродвигателей часто достигает 90–95% и выше. У обычных автомобильных двигателей внутреннего сгорания КПД, как правило, значительно ниже, поскольку существенная часть энергии топлива теряется в виде тепла.

2. Экологичность при работе.

Электродвигатель не сжигает топливо и не выделяет выхлопных газов непосредственно во время работы. Это особенно важно для улучшения качества воздуха в городах. Однако при производстве электроэнергии и аккумуляторов воздействие на окружающую среду всё же возможно.

3. Меньший уровень шума.

Электродвигатели обычно работают значительно тише двигателей внутреннего сгорания, поскольку в них нет процессов сгорания топлива и связанных с этим вибраций.

4. Простота конструкции и обслуживания.

Многие электродвигатели имеют меньше движущихся деталей, чем ДВС. Поэтому они обычно требуют меньшего технического обслуживания. Например, им не нужна регулярная замена моторного масла, характерная для двигателей внутреннего сгорания.

5. Быстрый запуск и удобное управление.

Электродвигатель легко запускается, а его скорость вращения можно точно регулировать. Он способен развивать большой крутящий момент уже при низкой частоте вращения, что особенно полезно для электрического транспорта.

6. Возможность использования возобновляемых источников энергии.

Электродвигатель может получать электроэнергию, произведённую с