Машина магнитоэлектрическая (генератор ручной)

Машина магнитоэлектрическая предназначена для демонстрации превращения механической энергии в электрическую, устройства и принципа действия генераторов постоянного и переменного тока, обратимости электрических машин и может служить в качестве источника тока при демонстрации некоторых опытов по электродинамике.
2. Комплект поставки
В комплект изделия входят:
1. Магнитоэлектрическая машина в сборе 1 шт.
2. Инструкция по эксплуатации 1 шт.
3. Устройство и принцип работы
Машина смонтирована на общем основании и состоит из следующих основных частей: постоянного магнита, ротора и коллектора. Постоянный магнит выполнен разборным, его южный и северный полюсы окрашены соответственно в красный и синий цвета. Ротор с сердечником из магнитомягкой стали имеет обмотку из медного провода, концы которой соединены с контактами коллектора. На оси ротора со стороны, противоположной коллектору, насажен шкив. Коллектор комбинированный, и в зависимости от положения щеток, позволяет получать в электрической цепи, подключенной к машине, переменный или постоянный ток. Щетки установлены на двух держателях со стороны коллектора так, что могут перемещаться вдоль его контактов.
В средней части основания закреплены патрон с низковольтной лампой накаливания и пара клемм. Лампа и клеммы соединены параллельно и подключены к щеткам машины.

Приводной шкив установлен в стойках и приводится во вращение ручкой. Приводной шкив и шкив ротора соединены резиновым ремнем.

4. Методические рекомендации по проведению демонстраций
4.1. Демонстрация получения постоянного и переменного электрического тока.
В ходе опыта демонстрируют зависимость напряжения, вырабатываемого магнитоэлектрической машиной от скорости вращения ее ротора, а также зависимость полярности вырабатываемого напряжения от положения щеток относительно контактов коллектора. В качестве индикатора напряжения используют демонстрационный вольтметр. Вольтметр готовят к измерению постоянного напряжения величиной до 5 вольт. В опыте используется шкала вольтметра с нулевым делением в середине. Вольтметр подключают к клеммам, установленным на основании машины.
Для получения постоянного тока щетки коллектора располагают таким образом, чтобы они касались полуколец коллектора.

Вначале вращают приводной шкив так, чтобы лампа, установленная на основании машины едва вспыхивала. При этом учеников просят обратить внимание на величину и отклонение стрелки вольтметра. Увеличивая скорость вращения ротора, отмечают увеличение яркости свечения лампы и возрастание показаний вольтметра. Обращают внимание на то, что стрелка отклоняется синхронно со вспышками ламы и все время в одну и туже сторону относительно нулевого деления шкалы. Делают вывод о том, что на данном этапе опыта магнитоэлектрическая машина является источником постоянного напряжения, так как полярность вырабатываемого ею напряжения остается неизменной.
Затем щетки коллектора перемещают так, чтобы они касались колец коллектора. Снова приводят машину в действие и наблюдают, что в этом случае стрелка вольтметра отклоняется в обе стороны от нулевого деление его шкалы, что говорит о изменении полярности измеряемого напряжения. Следовательно, в данном случае машина является источником переменного напряжения.

4.2. Демонстрация превращения энергии электрического тока во внутреннюю энергию проводника.
Источником электрического тока в данном опыте является магнитоэлектрическая машина, проводником, за изменением внутренней энергии которого наблюдают, служит спираль лампы накаливания, установленной в патроне на основании машины.
Непосредственно перед проведением наблюдения ученикам напоминают, что сила тока в электрической цепи, подключенной к магнитоэлектрической машине, при неизменности других условий напрямую зависит от скорости вращения ее ротора. О изменении внутренней энергии спирали лампы судят по яркости ее свечения.
Обращают внимание учеников на то, что при неподвижном роторе машины лампа не светится. При медленном вращении лампа начинает тускло светиться. Яркость свечения увеличивается по мере увеличения скорости вращения якоря. По результатам наблюдений делают вывод о связи величины изменения внутренней энергии нити лампы от силы тока в ней.

4.3. Демонстрация превращения энергии электрического тока механическую энергию.
Источником электрического тока в данном опыте является магнитоэлектрическая машина, преобразователем энергии электрического тока в механическую энергию служит модель электродвигателя постоянного тока. Электродвигатель подключают к клеммам, расположенным на основании магнитоэлектрической машины. Щетки коллектора машины закрепляют так, чтобы они касались полуколец коллектора.
Обращают внимание учеников на то, что при неподвижном роторе машины, ротор электродвигателя также неподвижен. Затем ротор машины приводят в быстрое вращение и наблюдают за вращением ротора электродвигателя. Изменяя скорость вращения ротора машины, демонстрируют, что механическая энергия вращающегося ротора двигателя зависит от силы тока в его обмотке.

4.4. Демонстрация обратимости электрической машины.
Целью опыта является доказательство возможности использования магнитоэлектрической машины в качестве электродвигателя. Для его проведения необходим источник постоянного напряжения величиной 4 - 5В
При подготовке демонстрации со шкива ротора машины снимают приводной ремень. Щетки коллектора располагают таким образом, чтобы они касались полуколец коллектора. Выходные гнезда источника постоянного напряжения соединяют с клеммами на основании машины.
Подключают источник к электросети и наблюдают, что ротор магнитоэлектрической машины при этом начинает вращаться. Замечают направление вращения ротора. Затем источник напряжения выключают и изменяют полярность подключения его гнезд к клеммам машины. Снова включают источник и отмечают, что ротор опять начал вращаться, но направление его вращения изменилось на противоположное.
Ученикам поясняют, что в данном опыте магнитоэлектрическая машина использовалась как модель электродвигателя постоянного тока.

4.5 Передача электроэнергии на расстояние.
В зависимости от наличия оборудования опыт можно проводить в двух вариантах. Для первого варианта кроме магнитоэлектрической машины потребуется прибор для демонстрации передачи электроэнергии на расстояние. В этом случае демонстрацию проводят так, как описано в инструкции по применению данного прибора.

Для второго варианта опыта требуется пара трансформаторов на панелях, реостат, низковольтная лампа накаливания на подставке и набор соединительных проводов. Щетки магнитоэлектрической машины устанавливают в положение, при котором она становится генератором переменного напряжения. Лампу на подставке соединяют последовательно с реостатом и образованную электрическую цепь подключают к клеммам на основании машины. На подготовительном этапе опыта ползунок реостата перемещают в такое положение, при котором соединенная с ним лампа едва светится в то время, как лампа, установленная на основании машины ярко горит.

Опыт начинают с демонстрации разницы в свечении двух ламп и поясняют ученикам, что лампа на подставке едва светится из-за больших потерь электроэнергии в обмотке реостата, которой в данном случае заменяет протяженную линию электропередачи. Сократить потери, связанные с нагреванием проводов, можно увеличив напряжение в линии.

Для доказательства этого утверждения перестраивают экспериментальную установку. Реостат с лампой отсоединяют от клемм. Вместо них к клеммам подключают низковольтную обмотку одного из трансформаторов на панели. Высоковольтную обмотку этого трансформатора соединяют с высоковольтной обмоткой второго трансформатора, включив последовательно с этими обмотками реостат. Положение ползунка реостата должно остаться прежним. К низковольтной обмотке второго трансформатора подключают лампу на подставке. Приведя в действие машину, показывают, что в этом случае ярко светятся обе лампы, что указывает на уменьшение потерь благодаря повышению напряжения в передающей линии.

5. Правила хранения
Хранить изделие следует в сухом помещении с комнатной температурой (15- 25C) при относительной влажности воздуха 80 %.