Каково действие магнитного поля на проводник с током?
Магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник с током, находящийся в этом поле.
1. Как показать, что магнитное поле действует на проводник с током, находящийся в этом поле?
Надо подвесить проводник на гибких проводах, присоединенных к источнику тока.
При помещении этого проводника с током между полюсами постоянного дугообразного магнита он придет в движение.
Это доказывает, что магнитное поле действует на проводник с током.
2. От чего зависит направление движения проводника с током в магнитном поле?
Направление движения проводника с током в магнитном поле зависит от направления тока в проводнике и от расположения полюсов магнита.
3. При помощи какого прибора можно осуществить вращение проводника с током в магнитном поле?
Прибор, на котором можно осуществить вращение проводника с током в магнитном поле, состоит из прямоугольной рамки, насаженнной на вертикальную ось.
На рамке уложена обмотка, состоящая из нескольких десятков витков проволоки, покрытой изоляцией.
Так как ток в цепи направлен от положительного полюса источника к отрицательному, в противоположных частях рамки ток имеет противоположное направление.
Поэтому и силы магнитного поля будут действовать на эти стороны рамки тоже в противоположные стороны.
В результате рамка начнет поворачиваться.
4. При помощи какого устройства в рамке меняют направление тока через каждые пол-оборота?
Рамка с обмоткой подключается в электрическую цепь через полукольца и щетки, позволяющее менять направление тока в обмотке каждые пол-оборота:
- один конец обмотки присоединен к одному металлическому полукольцу, другой - к другому;
- полукольца вращаются месте с рамкой;
- каждое полукольцо прижимается к металлической пластине-щетке и при вращении скользит по ней;
- одна щетка всегда соединена с положительным полюсом источника, а другая - с отрицательным;
- при повороте рамки полукольца повернутся вместе с ней и каждое прижмется уже к другой щетке;
- в результате ток в рамкё изменит направление на противоположное;
В такой конструкции рамка вращается все время в одном направлении.
5. Как устроен технический электродвигатель?
Вращение катушки с током в магнитном поле используется в устройстве электродвигателя.
В электродвигателях обмотка состоит из большого числа витков проволоки.
Они укладывают в прорези на боковой поверхности железного цилиндра.
Этот цилиндр нужен для усиления магнитного поля.
Цилиндр с обмоткой называется якорем двигателя.
Магнитное поле, в котором вращается якорь такого двигателя, создается сильным электромагнитом.
Электромагнит и обмотка якоря питаются от одного источника тока.
Вал двигателя (ось железного цилиндра) передает вращение на полезную нагрузку.
В процессе эксплуатации зданий неизбежно возникают ситуации, при которых требуется производить поиск мест расположения проводов и кабелей скрытой проводки. В число таких ситуаций могут входить замены, ремонт неисправностей проводки, потребность в переоборудовании или переустройстве помещения, необходимость монтажа навесной мебели или оборудования. Быстро найти провода, не разрушая стен, помогает искатель скрытой проводки. Что собой представляет такой прибор, и какие виды искателей существуют?
Скрытая проводка
При скрытом способе монтажа обнаружить проводку под толщей кирпича или бетона – задача непростая для человека, который впервые сталкивается с такой проблемой. Поэтому в больших объемах работы по поиску выполняют квалифицированные электрики.
Однако, любой, кто достаточно разбирается в электричестве, может самостоятельно производить поиск и дальнейший ремонт. Поможет ему прибор для поиска проводов. По своей сути это детектор или прибор для определения местонахождения кабелей, которые не обнаруживаются визуально. Пользоваться этим прибором совсем несложно, достаточно внимательно прочитать инструкцию по эксплуатации.
Принцип работы
Работа приборов для поиска электропроводки скрытого типа основана на следующих принципах:
В первом случае прибор будет реагировать на металлическую структуру проводника, и сигнализировать о наличии металла одним из способов, предусмотренных конструкцией детектора (обычно это световая или звуковая сигнализация, но возможны варианты с жидкокристаллическими дисплеями).
Недостатком этого вида устройств является очень малая точность обнаружения. Результат обследования железобетонной панели, например, может быть очень сильно искажен из-за того, что прибор наряду с проводами будет показывать и наличие арматуры, монтажных петель.
Во втором случае датчик, вмонтированный в прибор, определит наличие проводника по распространяемому магнитному полю. Количество «ложных срабатываний» будет минимальным, но для положительных результатов поиска проводка должна быть под напряжением. А некоторые устройства смогут улавливать магнитное поле только при наличии в сети еще и нагрузки довольно высокой мощности.
А как быть, если проводка повреждена, и ток по ней не идет, например, при поиске места обрыва кабеля? Для этого существуют приборы, обладающие свойствами обоих видов. С их помощью легко определить проводку в стене, не боясь вместо нее наткнуться на арматурный стержень.
Обзор моделей детекторов
В настоящее время наиболее распространенными устройствами для поиска скрытой проводки в стенах, являются несколько приборов различных производителей.
Дятел
Е-121 или «Дятел» — недорогой прибор, который может с достаточно высокой точностью определить не только местоположение скрытой проводки на расстоянии до 7 см от поверхности стен, но и найти место обрыва вследствие механического повреждения провода. При помощи этого тестера можно полностью прозвонить проводку в квартире, если возникла неизвестная и непредвиденная неисправность. Страна производитель прибор – Украина.
MS-258A
Тестер MS-258A MEET – бюджетный прибор китайского производства. Определяет наличие металла в конструкции по заявлению производителя на расстоянии до 18 см, работает и по наличию магнитного поля. Индикация результата производится двумя способами – включением контрольной лампы и звуковым сигналом. В конструкции имеется переменный резистор, позволяющий регулировать чувствительность прибора. Недостатком этой модели является низкий результат, когда необходимо обнаружить экранированный или фольгированный кабель.
BOSCH DMF
Следующий детектор BOSCH DMF 10 zoom – добротный прибор известной марки. Определяет, в зависимости от установленных настроек, наличие металла, дерева, пластмассы, спрятанных в строительных конструкциях. Прибор имеет многофункциональный жидкокристаллический дисплей, на котором отображается процесс настройки, вывод результатов.
Wall Scanner
Модель Wall Scanner 80 – похожий по свойствам на своего предшественника по обзору, прибор. Выпускается, в основном в Китае, предприятиями компании ADA. В зависимости от выставленных настроек, может использоваться для нахождения различных материалов в строительных конструкциях. Прибор довольно компактен и небольшой по весу.
Микрофон, радиоприемник и тепловизор
При отсутствии прибора для обнаружения скрытой проводки, поиск можно осуществлять множеством различных способов. В большинстве случаев детекторы заменяют электрическими приборами другого назначения.
В качестве искателя с успехом можно использовать обычный аудио микрофон, подключенный к усилителю с громкоговорителем (динамиком). С приближением микрофона к месту предполагаемого расположения электропроводки, он должен издавать усиливающийся фоновый звук. И, чем ближе к проводке будет микрофон, тем сильнее и громче должен быть звук. Очевидно, что такой способ поиска работает при наличии в скрытой проводке напряжения. Обесточенную проводку прибор не обнаружит.
Вместо микрофона можно использовать для поиска портативный радиоприемник с регулировкой частоты. Настроив его на частоту около 100 кГц, необходимо плавными движениями вдоль стены обследовать место предполагаемого нахождения кабелей. Когда радиоприемник будет приближаться к проводнику, скрытому в стене, динамик прибора должен издавать усиливающийся треск и шипение – следствие помех, создаваемых электрическим током.
Стоит обратить внимание на возможность использования для поиска скрытой проводки и наличия неисправностей, такого прибора, как тепловизор. Он быстро и точно покажет не только наличие и расположение кабелей в стенах, но и места обрывов или коротких замыканий. Использование его основывается на свойстве проводника излучать некоторое количество теплоты при пропускании электрического тока.
Обесточенные проводники с обрывом будут выглядеть на экране тепловизора, как холодные, а при замыкании замыкания, напротив, будут светиться очень ярко.
Применение схемы
В случае, когда нет под рукой ни одного из детекторов, можно определить местоположение скрытой проводки абсолютно без приборов. Для этого достаточно знать, что по установленным правилам провода и кабели прокладываются в стенах строго вертикально или горизонтально. По потолкам провода идут по прямым линиям, соединяющим осветительные приборы с распределительными коробками или выключателями, параллельно стенам помещения и располагаются в пустотах перекрытий или в трубах за конструкцией подвесных потолков. Все соединения проводов производятся в распределительных коробках.
Как это знание помогает при поиске? Можно по стенам и потолкам нанести схему существующей скрытой проводки или ее участка, и в дальнейшем пользоваться этой схемой, не имея дорогих приборов. Для начала нужно провести прямые линии вертикально вверх от розеток и выключателей. На стене, на высоте 150-250 мм от потолка должны находиться распределительные коробки.
Определить их местоположение можно простукиванием стен. По изменившемуся звуку отмечаются коробки и соединяются прямыми линиями, которые и будут обозначать расположение кабелей. Соединение коробок и распределительного щита тоже происходит по прямым вертикальным или горизонтальным линиям. Конечно же, все эти правила справедливы для скрытой проводки, и использовать их рекомендуется только при поиске мест возникновения неисправностей ввиду очень низкой точности определения. В случае открытой проводки, очевидно, можно обойтись без прибора и простукивания.
Как найти обрыв
Для сначала нужно определить место, где предположительно произошел обрыв или короткое замыкание. Алгоритм поиска прост.
В случае, когда напряжение отсутствует в отдельных розетках или светильниках в пределах одной группы, имеет место обрыв на одном из участков провода. Здесь необходимо отсечь мысленной линией неработающие розетки. Сразу выявится распределительная коробка, после которой отсутствует ток в проводниках. Останется только проверить наличие напряжения в этой распределительной коробке с помощью такого известного прибора, как индикаторная отвертка или мультиметр. Если напряжение отсутствует, надо искать обрыв на участке, предшествующем этому узлу со стороны распределительного щита.
Если напряжение отсутствует во всей группе, и при этом срабатывает автоматический выключатель, защищающий ее, то с большой долей вероятности произошло замыкание на одном из участков электропроводки. Его можно диагностировать измерением сопротивления каждого участка, отключая его от коробки и сняв с него всю нагрузку.
Для получения точного результата должна производиться прозвонка каждого участка. Замыкание обнаруживается там, где сопротивление будет равно нулю. Использовать для этих целей можно обычный тестер.
Можно провести поиск места короткого замыкания, последовательно отключая в коробках участки, начиная со стороны самой дальней цепи от распределительного щита. После отключения каждого отдельного участка необходимо проверять работоспособность цепи подачей напряжения до тех пор, пока защитный автомат не перестанет выключаться. Этот способ поиска необходимо применять с большой осторожностью, обезопасив себя и остальных работников от поражения электрическим током.
Необходимо отметить, что вышеперечисленные способы поиска скрытой проводки становятся неактуальными, если имеется технический паспорт, в котором отражена вся информация по расположению электропроводки в помещении. Если же техпаспорт отсутствует, настоятельно рекомендуется после обнаружения проводки и ее замены составить схему, чтобы в будущем избежать трудоемких работ.
Мы знаем, что проводники с токами взаимодействуют друг с другом с некоторой силой (§ 37). Это объясняется тем, что на каждый проводник с током действует магнитное поле тока другого проводника.
Вообще магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник с током, находящийся в этом поле .
На рисунке 117, а изображён проводник АВ, подвешенный на гибких проводах, которые присоединены к источнику тока. Проводник АВ помещён между полюсами дугообразного магнита, т. е. находится в магнитном поле. При замыкании электрической цепи проводник приходит в движение (рис. 117, б).
Рис. 117. Действие магнитного поля на проводник с током
Направление движения проводника зависит от направления тока в нём и от расположения полюсов магнита. В данном случае ток направлен от А к Б, и проводник отклонился влево. При изменении направления тока на противоположное проводник переместится вправо. Точно так же проводник изменит направление движения при изменении расположения полюсов магнита.
Практически важное значение имеет вращение проводника с током в магнитном поле.
На рисунке 118 изображён прибор, с помощью которого можно продемонстрировать такое движение. В этом приборе лёгкая прямоугольная рамка ABCD насажена на вертикальную ось. На рамке уложена обмотка, состоящая из нескольких десятков витков проволоки, покрытой изоляцией. Концы обмотки присоединены к металлическим полукольцам 2: один конец обмотки присоединён к одному полукольцу, другой - к другому.
Рис. 118. Вращение рамки с током в магнитном поле
Каждое полукольцо прижимается к металлической пластинке - щётке 1. Щётки служат для подвода тока от источника к рамке. Одна щётка всегда соединена с положительным полюсом источника, а другая - с отрицательным.
Мы знаем, что ток в цепи направлен от положительного полюса источника к отрицательному, следовательно, в частях рамки АВ и DC он имеет противоположное направление, поэтому эти части проводника будут перемещаться в противоположные стороны и рамка повернётся. При повороте рамки присоединённые к её концам полукольца повернутся вместе с ней и каждое прижмётся к другой щётке, поэтому ток в рамке изменит направление на противоположное. Это нужно для того, чтобы рамка продолжала вращаться в том же направлении.
Вращение катушки с током в магнитном поле используется в устройстве электрического двигателя .
В технических электродвигателях обмотка состоит из большого числа витков проволоки. Эти витки укладывают в пазы (прорези), сделанные вдоль боковой поверхности железного цилиндра. Этот цилиндр нужен для усиления магнитного поля. На рисунке 119 изображена схема такого устройства, оно называется якорем двигателя . На схеме (она дана в перпендикулярном сечении) витки проволоки показаны кружочками.
Рис. 119. Схема якоря двигателя
Магнитное поле, в котором вращается якорь такого двигателя, создаётся сильным электромагнитом. Электромагнит питается током от того же источника тока, что и обмотка якоря. Вал двигателя, проходящий по центральной оси железного цилиндра, соединяют с прибором, который приводится двигателем во вращение.
Двигатели постоянного тока нашли особенно широкое применение на транспорте (электровозы, трамваи, троллейбусы).
Есть специальные безыскровые электродвигатели, которые применяют в насосах для выкачивания нефти из скважин.
В промышленности применяют двигатели, работающие на переменном токе (их вы будете изучать в старших классах).
Электрические двигатели обладают рядом преимуществ. При одинаковой мощности они имеют меньшие размеры, чем тепловые двигатели. При работе они не выделяют газов, дыма и пара, а значит, не загрязняют воздух. Им не нужен запас топлива и воды. Электродвигатели можно установить в удобном месте: на станке, под полом трамвая, на тележке электровоза. Можно изготовить электрический двигатель любой мощности: от нескольких ватт (в электробритвах) до сотен и тысяч киловатт (на экскаваторах, прокатных станах, кораблях).
Коэффициент полезного действия мощных электрических двигателей достигает 98%. Такого высокого КПД не имеет никакой другой двигатель.
Якоби Борис Семёнович (1801-1874)
Русский физик. Прославился открытием гальванопластики Построил первый электродвигатель, телеграфный аппарат, печатающий буквы.
Один из первых в мире электрических двигателей, пригодных для практического применения, был изобретён русским учёным Борисом Семёновичем Якоби в 1834 г.
Вопросы
- Как показать, что магнитное поле действует на проводник с током, находящийся в этом поле?
- Пользуясь рисунком 117, объясните, от чего зависит направление движения проводника с током в магнитном поле.
- При помощи какого прибора можно осуществить вращение проводника с током в магнитном поле? При помощи какого устройства в рамке меняют направление тока через каждые пол-оборота?
- Опишите устройство технического электродвигателя.
- Где применяются электрические двигатели? Каковы их преимущества по сравнению с тепловыми?
- Кто и когда изобрёл первый электродвигатель, пригодный для практического применения?
Задание
Приборы основным предназначением которых является измерение мощности дозы радиации (альфа-, бета- и гамма- с учетом рентгеновского) и проверка тем самым на радиоактивность подозрительных предметов.
Дозиметрические приборы используются для определения уровней радиации на местности, степени заражения одежды, кожных покровов человека, продуктов питания, воды, фуража, транспорта и других различных предметов и объектов, а также для измерения доз радиоактивного облучения людей при их нахождении на объектах и участках, зараженных радиоактивными веществами.
Служат для химического анализа воздуха, что дает информацию о качественном и количественном составе загрязнителей и позволяет прогнозировать степень загрязнения. К основным внутренним загрязнителям относят предметы интерьера, мебель, напольные и потолочные покрытия, строительные и отделочные материалы. Химический анализ воздуха выявляет такие показатели, как пыль, диоксид серы, диоксид азота, оксид углерода, фенол, аммиак, хлорид водорода, формальдегид, бензол, толуол и т.д.
Приборы для измерения водородного показателя (показателя pH). Исследуют активность ионов водорода в растворах, воде, пищевой продукции и сырье, объектах окружающей среды и производственных системах, в том числе в агрессивных средах.
Служат для оценки качества питьевой воды. Показывают количество взвешенных в воде неорганических примесей, в основном солей различных металлов. В быту применяются для определения качества воды из-под крана, бутилированной воды, а также для контроля эффективности водоочистных фильтров.
Портативные приборы, предназначенные для измерения точного уровня звука. Шум называют загрязнителем окружающей среды. Он также вреден как табачный дым, как выхлопные газы, как радиационная активность. У шума может быть всего четыре типа источника. Поэтому его принято делить на: механический, гидромеханический, аэродинамический и электромагнитный. Современные приборы способны определить уровень шума любых механизмов: наземных, водных и даже линий электрических передач. Прибор позволит вам объективно измерить уровень громкости звука.
Портативные приборы, предназначенные для измерения точного уровня освещенности, создаваемого различными источниками света. Область применения люксметров широка, что объясняется, прежде всего, их высокой спектральной чувствительностью, которая приближается к чувствительности человеческого глаза. Следует помнить, что некоторые источники осветительных приборов, галогенные, люминесцентные и даже светодиодные лампы, по прошествии некоторого времени эксплуатации теряют существенную величину светового потока, общая освещенность в помещении может ухудшиться. Это не только снизит остроту зрения человека, но и будет влиять на его утомляемость. Контролировать освещенность следует постоянно.
Приборы, предназначенные для экспресс-определения количества нитратов в овощах, фруктах, мясе и других продуктах питания. Еще не так давно для проведения подобных исследований, требовалась целая лаборатория, теперь это возможно осуществить при помощи одного компактного устройства.
Портативные нитратомеры приобрели широкую популярность благодаря своей компактности, невысокой стоимости и простоте в эксплуатации. Нитраты присутствуют во многих удобрениях, которые активно используют в сельском хозяйстве для повышения урожайности культур. По этой причине нитраты в овощах и фруктах часто содержатся в значительной концентрации. Попадая с пищей в организм человека, нитраты в больших количествах, способны вызывать отравления нитратами, различные расстройства и хронические заболевания.
Индикатор нитратов поможет вовремя распознать опасные продукты и защититься от отравления нитратами.
Распечатать
Измеритель солнечного излучения (люксметр)
В помощь техническим и научным сотрудникам разработано немало измерительных приборов, призванных обеспечить точность, удобство и эффективность работы. Вместе с тем, для большинства людей названия этих приборов, а тем более принцип их работы, зачастую незнакомы. В этой статье мы в краткой форме раскроем предназначение самых распространенных измерительных приборов. Информацией и изображениями приборов с нами поделился сайт одного из поставщиков измерительных приборов .
Анализатор спектра - это измерительный прибор, который служит для наблюдения и измерения относительного распределения энергии электрических (электромагнитных) колебаний в полосе частот.
Анемометр – прибор, предназначенный для измерения скорости, объема воздушного потока в помещении. Анемометр применяют для санитарно-гигиенического анализа территорий.
Балометр – измерительный прибор для прямого измерения объёмного расхода воздуха на крупных приточных и вытяжных вентиляционных решетках.
Вольтметр - это прибор, которым измеряют напряжение.
Газоанализатор - измерительный прибор для определения качественного и количественного состава смесей газов. Газоанализаторы бывают ручного действия или автоматические. Примеры газоанализаторов: течеискатель фреонов, течеискатель углеводородного топлива, анализатор сажевого числа, анализатор дымовых газов, кислородомер, водородомер.
Гигрометр – это измерительный прибор, который служит для измерения и контроля влажности воздуха.
Дальномер – прибор, измеряющий расстояние. Дальномер позволяет также вычислять площадь и объем объекта.
Дозиметр – прибор, предназначенный для обнаружения и измерения радиоактивных излучений.
Измеритель RLC – радиоизмерительный прибор, используемый для определения полной проводимости электрической цепи и параметров полного сопротивления. RLC в названии является абревиатурой схемных названий элементов, параметры которых могут измеряться этим прибором: R - Сопротивление, С - Ёмкость, L - Индуктивность.
Измеритель мощности – прибор, который используется для измерения мощности электромагнитных колебаний генераторов, усилителей, радиопередатчиков и других устройств, работающих в высокочастотном, СВЧ и оптическом диапазонах. Виды измерителей: измерители поглощаемой мощности и измерители проходящей мощности.
Измеритель нелинейных искажений – прибор, предназначенный для измерения коэффициента нелинейных искажений (коэффициента гармоник) сигналов в радиотехнических устройствах.
Калибратор – специальная эталонная мера, которую используют для поверки, калибровки или градуировки измерительных приборов.
Омметр, или измеритель сопротивления – это прибор, используемый для измерения сопротивления электрическому току в омах. Разновидности омметров в зависимости от чувствительности: мегаомметры, гигаомметры, тераомметры, миллиомметры, микроомметры.
Токовые клещи – инструмент, который предназначен для измерения величины протекающего тока в проводнике. Токовые клещи позволяют проводить измерения без разрыва электрической цепи и без нарушения ее работы.
Толщиномер - это прибор, при помощи которого можно с высокой точностью и без нарушения целостности покрытия, измерить его толщину на металлической поверхности (например, слоя краски или лака, слоя ржавчины, грунтовки, или любого другого неметаллического покрытия, нанесенного на металлическую поверхность).
Люксметр – это прибор для измерения степени освещенности в видимой области спектра. Измерители освещения представляют собой цифровые, высокочувствительные приборы, такие как люксметр, яркомер, пульсметр, УФ-радиометр.
Манометр – прибор, измеряющий давление жидкостей и газов. Виды манометров: общетехнические, коррозионностойкие, напоромеры, электроконтактные.
Мультиметр – это портативный вольтметр, который выполняет одновременно несколько функций. Мультиметр предназначен для измерения постоянного и переменного напряжения, силы тока, сопротивления, частоты, температуры, а также позволяет осуществлять прозвонку цепи и тестирование диодов.
Осциллограф – это измерительный прибор, позволяющий осуществлять наблюдение и запись, измерения амплитудных и временны́х параметров электрического сигнала. Виды осциллографов: аналоговые и цифровые, портативные и настольные
Пирометр - это прибор для бесконтактного измерения температуры объекта. Принцип действия пирометра основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения в диапазоне инфракрасного излучения и видимого света. От оптического разрешения зависит точность измерения температуры на расстоянии.
Тахометр – это прибор, позволяющий измерять скорость вращения и количество оборотов вращающихся механизмов. Виды тахометров: контактные и бесконтактные.
Тепловизор – это устройство, предназначенное для наблюдения нагретых объектов по их собственному тепловому излучению. Тепловизор позволяет преобразовывать инфракрасное излучение в электрические сигналы, которые затем в свою очередь после усиления и автоматической обработки преобразуются в видимое изображение объектов.
Термогигрометр – это измерительный прибор, выполняющий одновременно функции измерения температуры и влажности.
Трассодефектоискатель – это универсальный измерительный прибор, который позволяет на местности определять местоположение и направление кабельных линий и металлических трубопроводов, а также определять место и характер их повреждения.
pH-метр – это измерительный прибор, предназначенный для измерения водородного показателя (показателя pH).
Частотомер – измерительный прибор для определения частоты периодического процесса или частот гармонических составляющих спектра сигнала.
Шумомер – прибор для измерения звуковых колебаний.
Таблица: Единицы измерения и обозначения некоторых физических величин.
Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter
