Робота учениці 8 класу .Фізіка. тема: "Електродвигун"
філія Державного бюджетного загальноосвітнього закладу Сосновська середня школа №2 «Крутецкая основна школа»
проект
Тема: Електродвигун
Конкурс «Фізика навколо нас»
Номінація: «Історія механізмів»
Автор роботи: Фролова Анна,
учениця 8 класу
філії МБОУ Сосновська СШ №2
«Крутецкая ЗОШ»
Керівник роботи:
Рипова Надія Олександрівна,
Вчитель фізики
2015 р
Вступ
Актуальність: На сьогоднішній день практично немає галузі техніки і побуту, де не використовувалися б електродвигуни, тому мені стало цікаво, як вони влаштовані і чи вийде у мене самостійно зібрати найпростішу модель електродвигуна.
Об'єкт дослідження: електромагнітний двигун.
Мета: познайомитися з історією і пристроєм електромагнітного двигуна, самостійно виготовити модель найпростішого електромагнітного двигуна, що є стартовою точкою створення сучасних електродвигунів.
завдання:
- познайомитися з історією розвитку електродвигуна;
- з'ясувати принципи роботи електродвигуна;
- вивчити сферу застосування електродвигунів;
- виготовити модель електродвигуна;
Магнітне поле - це форма матерії, що оточує рухомі електричні заряди. Вперше термін «магнітне поле» був введений в 1845 році англійським фізиком Фарадеем.
Сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом, називається силою Ампера.
Напрямок вектора сили Ампера визначається правилом лівої руки.
Перед тим, як почати досвід я познайомилася з історією створення електродвигунів; розглянула конструкцію і принцип роботи двигуна Бориса Семеновича Якобі, а також зібрала інформацію про застосування електродвигунів.
Суть мого досвіду:
За рахунок джерела електрики (зарядного пристрою) заряджені частинки в провіднику (дроті) упорядковано рухаються. При впливі на нього магнітним полем траєкторія частинок відхиляється згідно з правилом «лівої руки». Коли напрямок сили струму перпендикулярно напрямку силових ліній магнітного поля, частки рухаються по колу.
ІСТОРІЯ СТВОРЕННЯ ЕЛЕКТРОДВИГУНІВ
Історія створення електродвигунів сягає глибокої давнини. Складними шляхами йшла людина до відкриття і пізнання законів фізики, створення різних механізмів, машин. Найважливішим етапом у розвитку електроенергетики з'явився винахід і застосування електродвигунів. Принцип дії електродвигунів заснований на фізичному явищі: виток провідника, по якому протікає електричний струм, будучи поміщеним між магнітами, рухається поперек силових ліній магнітного поля. Електродвигун, як правило, компактніші інших двигунів, завжди готовий до роботи, може управлятися на відстані.
Історія електродвигуна - складна і довга ланцюг відкриттів, знахідок, винаходів.
Початковий період розвитку електродвигуна (1821-1834 рр.). Він тісно пов'язаний зі створенням фізичних приладів для демонстрації безперервного перетворення електричної енергії в механічну. У 1821 р М. Фарадей, досліджуючи взаємодію провідників зі струмом і магнітом, показав, що електричний струм викликає обертання провідника навколо магніту, або обертання магніту навколо провідника. Досвід Фарадея показав принципову можливість побудови електричного двигуна. Багато дослідників пропонували різні конструкції електродвигунів.
Перші електродвигуни нагадували по влаштуванню парові машини: двигун Дж. Генрі (1832 г.) і двигун У. Пейджема (1864 р) мали коромисла, кривошип, шатун, а також золотники (перемикачі струму в соленоїдах, що замінювали собою циліндр).
П. Барлоу запропонував «колесо Барлоу». Воно складалося з постійного магніту і зубчастих коліс, що ковзає контакт здійснювався за допомогою ртуті, а харчувалося колесо від гальванічного елемента.
Дж. Генрі запропонував в 1832 р модель двигуна з возвратнопоступательним рухом: рухливий електромагніт черзі притягався до постійних магнітів і відштовхувався від них, замикаючи і розмикаючи батареї гальванічних елементів. Він здійснював 75 хитань на хвилину. Було ще багато спроб створення двигунів з качательним рухом якоря. Однак більш прогресивними виявилися спроби побудувати двигун з обертовим рухом якоря.
Другий етап розвитку електродвигунів (1834-1860 рр.) Характеризується конструкціями з обертовим рухом явнополюсного якоря. Однак обертальний момент на валу у таких двигунів зазвичай був різко пульсуючим.
У 1834 р Б.С. Якобі створив перший в світі електричний двигун постійного струму, в якому реалізував принцип безпосереднього обертання рухомої частини двигуна. У 1838 році цей двигун (0,5 кВт) був випробуваний на Неві для приведення в рух човна
з пасажирами, т. е. отримав перше практичне застосування.
Випробування різних конструкцій електродвигунів привели Б.С. Якобі та інших дослідників до наступних висновків:
- застосування електродвигунів знаходиться в прямій залежності від здешевлення електричної енергії, тобто від створення генератора, більш економічного, ніж гальванічні елементи;
- електродвигуни повинні мати по можливості малі габарити і по можливості більшу потужність і більший коефіцієнт корисної дії.
Третій етап у розвитку електродвигунів (1860-1887 рр.) Пов'язаний з розробкою конструкцій з кільцевих неявнополюсним якорем і практично постійним крутним моментом.
На цьому етапі потрібно відзначити електродвигун італійця А. Пачінотті (1860 р). Його двигун складався з якоря кільцеподібної форми, що обертається в магнітному полі електромагнітів. Підведення струму здійснювався роликами. Обмотка електромагнітів включалася послідовно з обмоткою якоря (тобто електромашина мала послідовне збудження). Габарити двигуна були невеликі, він мав практично постійний крутний момент. У двигуні Пачінотті явнополюсний якір був замінений неявнополюсним.
Барабанний якір, в якому робочим є провідник, що становить виток, був винайдений лише в 1872 р В. Сіменсом. Ще через 10 років в залозі якоря з'явилися пази для обмотки (1882 г.). Барабанний якір машини постійного струму став таким, яким ми його можемо бачити в даний час. Третій етап розвитку електродвигунів характеризується відкриттям і промисловим використанням принципу самозбудження, в зв'язку, з чим був остаточно усвідомлений і сформульований принцип оборотності електричних машин. Живлення електродвигунів стало проводитися від більш дешевого джерела електричної енергії - електромагнітного генератора постійного струму. У 1886 р електродвигун постійного струму придбав основні риси сучасної конструкції. Надалі він все більше і більше вдосконалювався. За родом струму електродвигуни стали ділитися на машини змінного і постійного струму; за принципом дії машини змінного струму поділяються на синхронні і асинхронні.
Асинхронні двигуни відрізняються простотою конструкції, малою вартістю, надійністю в роботі. Вони є найпоширенішим видом двигунів.
ДВИГУН Якобі Борис Семенович
Борис Семенович Якобі (Моріц Герман, як він іменувався до приїзду в Росію) народився 21 вересня 1801 в Потсдамі. Вищу освіту здобув за фахом архітектор-будівельник. Поряд з роботою в будівельному департаменті Пруссії Якобі з захопленням займався дослідженнями в області електромагнетизму. У 1834 р він створив модель електродвигуна.
Зовнішній вигляд першого двигуна Якобі показаний на малюнку. Цей електродвигун працював за принципом взаємодії двох комплектів електромагнітів, один з яких розташовувався на рухомій рамі, інший - на нерухомій.
Як джерело живлення електродвигуна, застосовувалася Якобі батарея гальванічних елементів. Для зміни полярності рухомих електромагнітів використовувався комутатор.
Комутатор був оригінальну і глибоко продуману частина пристрою електродвигуна Якобі. Конструктивно він складався з чотирьох. металевих кілець, встановлених на валу і ізольованих від нього; кожне кільце мало чотири вирізи по одній восьмій частині кола. Вирізи заповнювалися ізолюючими вкладками; кожне кільцю було зміщено на 45 по відношенню до попереднього.
По колу кільця ковзав важіль 5, що представляє собою своєрідну щітку; другий кінець важеля був занурений у відповідний посудину з ртуттю, до якого підводилися провідники від батареї. Таким чином, при кожному обороті кільця А рази розривалася електричний ланцюг. До електромагнітам обертового диска відходили від кілець провідники, укріплені на валу машини. Обмотки всіх електромагнітів нерухомою рами були з'єднані послідовно, і струм в них мав одне і те ж напрямок.
Обмотки електромагнітів обертового диска були також з'єднані послідовно, але напрямок струму в них за допомогою комутатора змінювалося 8 разів за один оборот валу. Отже, полярність цих електромагнітів також змінювалася 8 разів за один оборот валу і електромагніти черзі притягувалися 11 відштовхувалися електромагнітами нерухомої рами.
На рис стрілками вказані напрямки струмів для даного положення вала.
http://www.people.su/youtube_video-ehlektromagnitnyjj-dvigatel-yakobi
ЗАСТОСУВАННЯ ЕЛЕКТРОДВИГУНІВ
Електродвигуни застосовуються як головна складова електро-приводу різних верстатів, так і в складі з окремими установками, де необхідно перетворення електричної енергії в механічну (рух) наприклад: вентилятори з клиноремінною передачею, косарки різних модифікацій і т.д. Низьковольтні асинхронні електродвигуни загального призначення потужністю 0,25 ... 400 кВт, іменовані в усьому світі стандартні асинхронні двигуни, складають основу силового електроприводу, що застосовується у всіх областях людської діяльності. Їх вдосконалення в промислово розвинених країнах надають великого значення. В даний час ринок, покликаний відображати інтереси споживачів, що не формулює скільки-небудь певних вимог до стандартних асинхронних двигунів, крім цінових. У зв'язку з цим для виявлення тенденцій їх вдосконалення необхідно виходити з вимог зовнішнього ринку і з досягнень основних виробників стандартних асинхронних двигунів.
Асинхронні двигуни - найбільш поширений вид електричних машин, які споживають в даний час близько 40% усієї вироблюваної електроенергії. Їх встановлена потужність постійно зростає.
Асинхронний двигуни широко застосовуються в приводах металообробних, деревообробних та інших видів верстатів, ковальсько-пресових, ткацьких, швейних, вантажопідйомних, землерийних машин, вентиляторів, насосів, компресорів, центрифуг, в ліфтах, в ручному інструменті, в побутових приладах і т.д. Практично немає галузі техніки і побуту, де не використовувалися б асинхронні двигуни.
ЕЛЕКТРОМАГНІТНИЙ ДВИГУН СВОЇМИ РУКАМИ
Для того щоб зробити електродвигун з батарейки, нам знадобляться:
-Зарядний пристрій;
-тонкогубци;
--нож;
-магніт;
-проволока;
-соедінітельние дроти з зажимами;
-дерев'яний брусок.
Суть мого досвіду:
За рахунок джерела електрики (батарейки) заряджені частинки в провіднику (дроті) упорядковано рухаються. При впливі на нього магнітним полем траєкторія частинок відхиляється згідно з правилом «лівої руки». Коли напрямок сили струму перпендикулярно напрямку силових ліній магнітного поля, частки рухаються по колу.
Для котушки необхідний неізольований мідний дріт діаметром від 0.6 до 1 мм. Для намотування котушки буде потрібно циліндричний каркас (батарейка), на який намотується 10-15 витків, залишаючи вільними по 40 мм дроти з кожного кінця. Вільні кінці дроту необхідно обгорнути навколо витків котушки таким чином, щоб скріплюють витки були симетрично розташовані один щодо одного. Крім створення додаткового магнітного поля ці витки допоможуть зберегти форму котушки.
Котушка (рухома частина електродвигуна) розміщується на двох власників. Тримачі виготовляють з неізольованого проводу діаметром від 1 мм. Крім функції підтримки котушки, власники дозволяють проходити електричного струму через котушку.
Вільним кінцем власники приєднуються до полюсів акумулятора так, щоб утворювався замкнутий контур. Підставою електродвигуна служить дерев'яний брусок. Магніт необхідно встановлювати в безпосередній близькості від котушки. Загальний вигляд електродвигуна приведений на малюнку в додатку до роботи.
Котушці необхідно надати початковий обертовий момент акуратно крутнув її.
висновок:
Завдання, поставлені мною на початку роботи, були вирішені, мета досягнута.
-Я познайомилася і історією розвитку електродвигунів, дізналася, що історія створення електродвигунів сягає глибокої давнини, дізналася, як виглядали перші двигуни, як вони працювали і які вчені працювали над створенням електромагнітних двигунів.
- вивчила область застосування електродвигунів, і дізналася, що майже у всіх галузях технологій і праці використовуються електромагнітні двигуни;
- виготовила найпростішу модель електродвигуна, наочно показала, як працює установка.
Провівши велику роботу по вивченню літератури про створення перших електродвигунів, про фізичних принципах їх роботи, про впровадження їх сьогодні в усі галузі життя, я можу з упевненістю сказати, що електродвигун дійсно є сучасним альтернативним винаходом.
Процес збору та вивчення інформації, а так само виготовлення моделі мені були дуже цікаві, результатом виконаної роботи я залишилася задоволена.
Список літератури:
- А.В Перишкін, Е. М. Гутнік- «Фізика. 9 клас. М: Дрофа. 2008 р
Інтернет джерела:
- http://energo-vesta.com.ua/statiya/46-istoriya.html
- http://www.zdt-magazine.ru/publik/history/2008/dek08.htm
- http://www.people.su/youtube_video-ehlektromagnitnyjj-dvigatel-yakobi
- http: //електротехніческій-портал.рф/expluatacya-elektrodvigateley/355-primenenye-elektrodvigateley.html
- http://simplescience.ru/video/electric_motor_of_wire_batteries_and_magnet/
- http://www.tiptoptech.net/el_magn_dvig.html
- http://spbenergo.com/talk/chernyshov.html
- https://ru.wikipedia.org/wiki/Электрический_двигатель
- http://elhow.ru/ucheba/fizika/pravilo-levoj-ruki
- http://www.people.su/youtube_video-ehlektromagnitnyjj-dvigatel-yakobi