The teacher discusses with the students what an electrodynamic forceelectrodynamic forceelectrodynamic force is.
The current flowing in a wire creates a magnetic field, especially strong when the wire is wound into a coil and placed around the iron core. The magnetic field around a magnet can also influence a current‑carrying wire, by repelling or attracting the conductor with current.
Electrodynamic force:
Whenever a current‑carrying wire is placed in a magnetic field, this conductor experiences an electrodynamic force. This force is perpendicularperpendicularperpendicular to both the magnetic field and the direction of electric current. These three directions – and therefore the movement of the wire - can be determined using a left‑hand rule.
A current‑carrying wire placed in a constant magnetic field will be deflected. The greater the current, the larger the wire deflection. If the direction of current changes, than the direction of force and deflection will also change.
[Illustration 1]
Task 1
Explain using the left‑hand ruleleft‑hand ruleleft‑hand rule the direction of the movement of the wire on the picture above.
Simple DC motors:
A simple electric motor can be constructed using a coil of wire (armaturearmaturearmature) that is free to rotate between two opposite magnetic poles.
When an electric current flows through the coil, it experiences a magnetic force and rotates. One side of the coil goes up and the other side moves down, according to the left‑hand ruleleft‑hand ruleleft‑hand rule. The direction of the current flow is reversed every half turn. Otherwise the coil would stop.
Changing the current direction in the coil is achieved using two conducting halves of ring, called commutatorcommutatorcommutator, which are connected to the armaturearmaturearmature. The commutator has an electric contact with the brushes. The brushes are just two pieces of springy metal or carbon that make electric contact with the commutatorcommutatorcommutator. This allows supplying voltage in the same direction all the time. The both magnets around the armaturearmaturearmature are called statorstatorstator. Instead of magnets electromagnets can also be used.
The number of rotations per second of a motor can be increased by either increasing the current flowing in the coil or by increasing the strength of the magnetic field.
Układamy kciuk, palec przedni i środkowy palec lewej ręki tak, aby były prostopadłe względem siebie. Przedni palec wskazuje kierunek pola magnetycznego (od północy do bieguna południowego), a środkowy palec kierunek prądu. Kciuk reprezentuje kierunek siły (a także kierunek poruszania się przewodnika).
Siła wywierana na przewodnik, przez który płynie prąd elektryczny, umieszczony w polu magnetycznym nazywana jest siłą elektrodynamiczną. Siła ta jest prostopadła zarówno do pola magnetycznego, jak i do kierunku prądu elektrycznego. Działanie prostego silnika prądu stałego jest możliwe dzięki sile elektrodynamicznej.
mab1499a3eddc4516_1528449000663_0
Działanie silnika prądu stałego. Siła elektrodynamiczna. Silnik elektryczny
mab1499a3eddc4516_1528449084556_0
Drugi
mab1499a3eddc4516_1528449076687_0
VIII. Magnetyzm. Uczeń:
2) opisuje jakościowo oddziaływanie pola magnetycznego na przewodniki z prądem i poruszające się cząstki naładowane; omawia rolę pola magnetycznego Ziemi jako osłony przed wiatrem słonecznym.
mab1499a3eddc4516_1528449068082_0
45 minut
mab1499a3eddc4516_1528449523725_0
Opisuje działanie silnika prądu stałego.
mab1499a3eddc4516_1528449552113_0
1. Wyjaśnia, co to jest siła elektrodynamiczna.
2. Określa kierunek działania siły elektrodynamicznej.
mab1499a3eddc4516_1528450430307_0
Uczeń:
- opisuje, czym jest siła elektrodynamiczna,
- wyjaśnia działanie silnika prądu stałego.
mab1499a3eddc4516_1528449534267_0
1. Dyskusja.
2. Analiza tekstu.
mab1499a3eddc4516_1528449514617_0
1. Praca indywidualna.
2. Praca grupowa.
mab1499a3eddc4516_1528450127855_0
Uczniowie przypominają, jaki kształt mają linie pola magnetycznego wokół przewodnika przez który płynie prąd.
Opisz kształt linii pola magnetycznego wokół przewodnika przez który płynie prąd.
mab1499a3eddc4516_1528446435040_0
Nauczyciel omawia z uczniami czym jest siła elektrodynamiczna.
Prąd płynący w przewodzie wytwarza pole magnetyczne, które staje się silniejsze, jeśli przewód zostanie zwinięty w cewkę i umieszczony wokół żelaznego rdzenia. Pole magnetyczne wokół magnesu może również wpływać na przewodnik z prądem, powodując jego wypychanie lub przyciąganie.
Siła elektrodynamiczna:
Jeśli przewodnik z prądem jest umieszczony w polu magnetycznym, to działa na niego siła elektrodynamiczna. Siła ta jest prostopadła zarówno do pola magnetycznego, jak i do kierunku prądu elektrycznego. Te trzy kierunki - a zatem kierunek ruch przewodnika - można określić za pomocą reguły lewej ręki.
Reguła lewej ręki:
Układamy kciuk, palec przedni i środkowy palec lewej ręki tak, aby były prostopadłe względem siebie. Przedni palec wskazuje kierunek pola magnetycznego (od północy do bieguna południowego), a środkowy palec kierunek prądu. Kciuk reprezentuje kierunek siły (a także kierunek poruszania się przewodnika).
[Grafika interaktywna]
Przewód z prądem umieszczony w stałym polu magnetycznym zostanie odchylony.
Im większy prąd, tym większe odchylenie przewodu. Jeśli zmienimy kierunek prądu, zmienia się również kierunek siły i odchylenia.
[Ilustracja 1]
Polecenie 1
Wyjaśnij, używając reguły lewej ręki, kierunek ruchu przewodu na powyższym rysunku.
Proste silniki prądu stałego:
Prosty silnik elektryczny można skonstruować za pomocą cewki z drutu (wirnik), która może obracać się swobodnie pomiędzy dwoma przeciwnymi biegunami magnetycznymi.
Kiedy prąd przepływa przez cewkę, siła magnetyczna obraca ją. Jedna strona cewki porusza się w górę, a druga strona w dół, zgodnie z regułą lewej ręki. Kierunek przepływu prądu zmienia się co pół obrotu. W przeciwnym razie cewka zatrzymałaby się.
Zmiana kierunku prądu w cewce odbywa się za pomocą dwóch przewodzących połówek pierścienia, zwanych komutatorem, które są połączone z wirnikiem. Komutator ma kontakt elektryczny ze szczotkami. Szczotki to dwa kawałki metalu lub węgla umocowanego na sprężynce, które wchodzą w kontakt elektryczny z komutatorem. Pozwala to na podawanie napięcia w tym samym kierunku przez cały czas. Oba magnesy wokół wirnika nazywają się stojanem. Zamiast magnesów można również stosować elektromagnesy.
Liczba obrotów na sekundę wirnika może zostać zwiększona przez zwiększenie natężenia prądu płynącego przez wirnik lub przez zwiększenie pola magnetycznego.
[Ilustracja 2]
mab1499a3eddc4516_1528450119332_0
Siła wywierana na przewodnik, przez który płynie prąd elektryczny, umieszczony w polu magnetycznym nazywana jest siłą elektrodynamiczną. Siła ta jest prostopadła zarówno do pola magnetycznego, jak i do kierunku prądu elektrycznego. Działanie prostego silnika prądu stałego jest możliwe dzięki sile elektrodynamicznej.