Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатели

оставить замечания, комментарии

введение в МКТ : системы счисления : основы логики : первые шаги : flash для всех : excel начинающим : карта


Если гора не идет к Магомету,
то Магомет сам идет к горе

Разбор слайдов анимации мультимедиа учебника:
Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатели

Примечание. Все комментарии, опубликованные ниже, не могут являться рекомендациями к действию, поскольку выражают субъективное мнение, которое, в сою очередь, может быть ошибочным и его можно оспорить здесь

Слайд №1

Первый слайд ставит обучающую цель, игнорируя существование развивающей и воспитательной составляющей, а ведь они должны быть неразрывны. Общие замечания смотреть здесь - статичный текст, подмена триединой цели

Слайд №2 - В текстовом сопровождении к Модели 4.12 синим цветом написано: "Замкните цепь и поместите проводник между полюсами дугообразного магнита." Казалось бы, простое задание - взять проводник и поместить его между полюсами магнита. Долго, долго мучился и сдался. Попробуйте - бесполезно! Проводник не берется и не переносится! Думаете я не вспомнил про пословицу о Магомете. Если гора не идет к Магомету, то Магомет сам подойдет к горе.

Вот и я, поняв, что проводник переместить нельзя, взял магнит и попытался его разместить таким образом, чтобы горизонтальный проводник, поместился между полюсами. Но увы, и этого мне сделать так и не удалось, поскольку в моем сознании проявлялась приблизительно такая картинка, как изображена ниже

virtual

А авторская Модель 4.12, упорно не позволяла совместить виртуальную картинку с реальной, всякий раз игнорируя мою попытку в размещении проводника между полюсами - отображая его за магнитом. Но, что удивительно, хотя проводник и помещался за магнитом, реагировал, как будто:

  • - через него течет ток ( цепь по плюсу разорвана, т.е. плюс не подключен к цепи, провод "ВАЛЯЕТСЯ" где-то за батареей )
  • - находится между полюсами магнита (однородное магнитное поле находится только между полюсами магнита )

тенр

Кстати сказать, сама батарея - "дефектна", поскольку таких батарей не бывает, их просто не существует в природе. По этому поводу прошедшие разборки можно посмотреть здесь: - Магнитное поле проводника с током. Магнитные линии

И, еще замечание, по отображению линейной перспективы изображения опытной установки. В случае, изображенном на модели 4.12 линия верхней границы магнитного полюса должна смотреться почти параллельно подвешенному проводнику, а они смотрятся, чуть - ли не перпендикулярно друг другу.

Судите сами, проводник изображен так, что мы смотрим на него с правой стороны, под углом примерно в 45 градусов, в тоже время кончик магнита мы видим примерно под тем же углом, но только уже с левой стороны, а это может быть возможным, если наше лицо больше полуметра.

Как я это узнал, да очень просто, помните: человеческий глаз наилучшим образом видит на расстоянии 25 см. – берем его за базу. Раз проводник виден под углом 45 градусов справа, то, следовательно, глаз сдвинут вправо от проводника на 25 см. Кончик магнита над проводником тоже виден примерно под углом 45 градусов только уже с левой стороны, следовательно, левый глаз должен быть отодвинут тоже на 25 см, но уже влево, вот и получается, что расстояние между глазами, в таком случае, равно 50 см. Из представленных математических расчетов следует, что лицо должно быть больше чем 0.5 метра :-)

Поскольку, в пространстве вне полюсов магнита, поле неоднородно и его интенсивность очень мала, то проводник не должен реагировать на него, тем более при отсутствии тока, а модель 4.12 утверждает обратное. Поэтому ничего личного...

А скриншот модели 4.12, расположенный ниже, зафиксировал еще один антинаучный факт, утверждающий, что ближний проводник, параллельный вектору магнитной индукции - взаимодействует с магнитным полем, хотя сила Ампера в этом случае должна быть равна нулю.

Иными словами силы нет, что следует из ниже лежащей формулы, а проводник все равно отклоняется...

F = I B L Sin(a)

Здесь F – сила Ампера, I – сила тока в проводнике, B – модуль вектора индукции магнитного поля, L – длина участка проводника, на который воздействует магнитное поле, (a) – угол между вектором индукции магнитного поля и проводником с током. Если они соонаправленны, то этот угол равен нулю. А Sin(0), чему равен? То-то - же...

Ниже представляем новую интерактивную анимацию с исправленными ошибками и устраненными замечаниями импортированной Модели 4.12 в связи с чем пришлось написать новый программный код, заменить или исправить некоторые изображения. Например, заменено изображение аккумулятора, удален второй магнит, поскольку для изменения направления вектора магнитной индукции между полюсами, достаточно повернуть имеющийся по вертикали, а не иметь другой. Обновлен и модернезирован штатив с подвесом. Исправлена перспектива отображения проводника и магнита.

Кроме того, вновь написанным сценарием предусмотрено беспрекословное исполнение техники безопасности во время выполнения эксперимента, так например, прежде чем перевернуть магнит или поменять полярность подключения батареи, необходимо разомкнуть ключ электрической цепи, отсюда и воспитательные цели к уроку можно поставить и развивающие легче домыслить...

Стоит заметить, что при этом, принципиально никакого текстового сопровождения по работе с обновленной интерактивной анимацией не используется, поскольку пользователю будет интереснее самостоятельно раскрыть все имеющиеся возможности предоставленной анимации, исследованием изображенной экспериментальной установки, пользуясь многообразием предоставляемого интерактива. В ходе работы с экспериментом постараться ответить на вопросы, вытекающие из заголовка, без всякой время потребляющей и бесполезной записи в текстовые окна самоконтроля не имеющих функции интеллектуальной проверки введенного ответа.

Альтернативная анимация модели 4.12
Действие магнитного поля на проводник с током

Слайд №3 - Мало интересен для исследования, поскольку содержащаяся на нем информация практически не отличается от той, которая приводится на страницах обычного учебника.

Слайд №4 - Все ошибки, касающиеся второго слайда, кроме одной, перешли в модель 4.13 - Действие магнитного поля на рамку с током. Это и нестандартная батарея, и использование лишнего магнита, и невозможность размещения катушки между полюсами магнита. Кстати, суть задания вообще невозможно понять, ну как рамку в два раза большую чем магнит, предлагать разместить между его полюсами. А нарушение техники безопасности - молчаливым разрешением изменения полярности подключения батареи без предварительного размыкания ключа, со всеми вытекающими последствиями воспитания и т.д. Правда, надо отдать должное автору - отсутствие подключения по "оборванному" проводнику устранено.

Слайд №5 и Слайд №6 - полностью взаимоисключающие, т.е. если взять за основу пятый слайд, то получается, что сила Ампера стремится развернуть рамку перпендикулярно вектору магнитной индукции. Однако на шестом слайде читаем: "Если по рамке пропускать электрический ток, то на стороны будет действовать (вращательный) момент амперовых сил, что приведет к повороту рамки на определенный угол."

При этом изначально наблюдаем стрелку на нуле, а рамку в положении перпендикулярном магнитным линиям. Нажимая кнопку старт, подавая ток на рамку, видим ее поворот в положение, параллельное вектору магнитной индукции, что и является полным противоречием пятому слайду, поскольку там рамка с током, наоборот, из параллельного положения магнитному полю переходит в перпендикулярное.

Отсюда назревает вопрос, что или кто нам "вешает на уши лапшу", автор, отображающий противоречивую информацию, или рисунок 4.19, или модель 4.14, или все это - дилемма. (Дилемма — полемический довод с двумя противоположными положениями, исключающими друг друга и не допускающими возможность третьего.)

А ты как считаешь, дорогой читатель, вдруг ты пожелаешь оставить свое мнение, замечание или пожелание - оставить

Слайд №7 и Слайд №8 - не интересны для исследования, поскольку их информация не отличается от той, что содержится на страницах статичных учебников и соответствующих им справочников. Поэтому вместо разбора этих слайдов публикую интерактивные модели, демонстрирующие принцип работы электрического двигателя постоянного тока.

Принцип работы электродвигателя многие быстрее воспринимают, если объяснять не через силу Ампера, а по правилу правой руки, используя данную демонстрацию следующим образом:

После замыкания цепи по синему проводнику течет ток справа налево, обхватывая в этом направлении катушку правой рукой, находим, что она создает магнитное поле северным полюсом направленное к наблюдателю. Ну и поскольку разноименные полюса отталкиваются, а одноименные притягиваются, то катушка начнет поворачиваться своим северным полюсом вертикально вверх.

Стоит обратить внимание и на тот факт, что если изначально катушка будет находиться в горизонтальном положении, то изображенный на анимации электродвигатель не запустится. Для надежного запуска двигателя его ось нужно провернуть до тех пор, пока рамка не замкнет контакты и примет вертикальное положение.

ПРИМЕЧАНИЕ: Для того чтобы полностью отобразить катушку, щелкаем левой кнопкой мышки по южному полюсу магнита, а чтобы вернуть в первоначальное положение, щелкаем по северному полюсу магнита

В момент достижения горизонтального положения рамки, контакты, подающие ток на катушку размыкаются, и она продолжает вращение по инерции до тех пор, пока верхнего контакта не коснется красный провод катушки. С этого момента все повторяется сначала.

Нужно сказать о том, что количество катушек может быть разное, начиная от трех, поскольку одна и двух катушечные моторы kolне обладают надежностью запуска. Концы всех катушек собираются в специальное устройство называемое коллектором, как показано на рисунке справа, а медные пластинки, к которым прикрепляются концы катушек - называются ламелями и по ним скользят угольные электроды называемые щетками, как это показано на рисунке снизу. Стоит запомнить, что неподвижные магниты (иногда вместо постоянных магнитов могут использовать электромагниты), создающие магнитное поле называются статором, а сама вращающаяся катушка на сердечнике - якорем.

якорь с коллектором и угольными щетками

На рисунках ниже, в качестве примера, размещены фотографии трехкатушечного и тридцатишестикатушечного якорей.

ob_Фотография тридцатишестикатушечного якоря

Слайд В - вопросы для самоконтроля. Отношение к данному типу слайдов были уже разобраны здесь - показать, но разберем в качестве примера еще один вопрос, например №3: "Что такое электрический двигатель?".

Допустим, пользователь ввел ответ, после чего, стремящийся узнать свою правоту, жмет на кнопку ПРОВЕРИТЬ, и, вместо оценки видит надпись: "Сравните свои ответы с правильными".

Далее зачем-то "светофор" и красным цветом написано: Ваш ответ: Электродвигатель - электрическая машина, в которой электрическая энергия преобразуется в механическую. А ниже, зелененая строка.

Правильные ответы: Электрический двигатель - это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую работу

Естественно предположить, что ученик, увидев красную и зеленую строку, подумает, что он дал неправильный ответ и, возможно забудет о нем, а может быть - что хуже всего, постарается вызубрить ответ, названный мультимедийным учебником правильным и записанный в зеленой строке

Ну, а как будем сравнивать ответы мы. Первое что приходит в голову, это обратиться к Википедии и постараться выяснить, что такое устройство и его отличие от электрической машины.

Устройство: Рукотворный объект (прибор, механизм, конструкция, установка) со сложной внутренней структурой, созданный для выполнения определённых функций, обычно в области техники

Электрическая машина — это электромеханический преобразователь физической энергии, основанный на явлениях электромагнитной индукции и силы Ампера, действующей на проводник с напряжением, движущийся в магнитном поле.

Если подход с начальных фраз определений вам показался малоубедительным доказательством правильности ответа ученика, а не учебника, то давайте попробуем зайти с другого конца.

Мультимедийный учебник, утверждает, что электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую работу, а ученик констатирует, что электродвигатель - электромеханический преобразователь энергии

Допустим, что электромотор может преобразовать электрическую энергию в механическую работу, тогда бы огороды могли пахать не трактора, а электромоторы, они же бы и грузы поднимали, а не подъемные краны, и пассажиров с их багажом перевозили бы не трамваи и троллейбусы. А может быть действительно, кто-нибудь видел, как пассажиры лихо носятся, «оседлав электромоторы» без дополнительных устройств и механизмов. То то - же.

Вывод: Электромотор преобразует электрическую энергию в механическую, а с помощью специальных устройств, (подъемный кран, троллейбус и т.д.) эта энергия, уменьшаясь, совершает механическую работу т.е. поднимает или перевозит грузы


 

  © Северобайкальск, Russia
Александр Козлов, 2006-2018
проливается