Temat

Działanie silnika prądu stałego. Siła elektrodynamiczna. Silnik elektryczny

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

VII. Magnetyzm. Uczeń:

6) wskazuje oddziaływanie magnetyczne jako podstawę działania silników elektrycznych.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Opisuje działanie silnika prądu stałego.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Wyjaśnia, co to jest siła elektrodynamiczna.

2. Określa kierunek działania siły elektrodynamicznej.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- opisuje, czym jest siła elektrodynamiczna,

- wyjaśnia działanie silnika prądu stałego.

Metody kształcenia

1. Dyskusja.

2. Analiza tekstu.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca grupowa.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

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.

Realizacja lekcji

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]

Podsumowanie lekcji

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.