Применение электромагнитных явлений на железной дороге

Тип урока: урок комплексного применения знаний

Цели урока:

Образовательные:

• Обобщение и систематизация знаний
• Выработка умений самостоятельно применять знания в комплексе

Развивающие:

• Совершенствование способностей учащихся сравнивать, обобщать, делать выводы, развитие коммуникативных способностей, развитие познавательного интереса

Воспитательные:

• Воспитание чувства патриотизма, уважения к профессии, любви к труду

Методическое обеспечение урока:

1. Рабочие листы.
2. Компьютерная презентация Power Point.
3. Ролик «Первый электровоз».
4. Приборы для демонстраций.
5. Видеокассета с роликом «Вращение рамки с током в магнитном поле».

Ход урока

Слово учителя: Одним из важнейших показателей производственных сил страны является развитие ее транспорта. В этом отношении роль железнодорожного транспорта переоценить достаточно сложно. Ежедневно с помощью железной дороги перемещаются грузы, пассажиры в различные уголки нашей страны. И эту работу невозможно осуществить без квалифицированных специалистов, которые конструируют, вводят в эксплуатацию и обслуживают железную дорогу. Сегодня эксперты у нас в гостях и готовы ответить на любые наши вопросы.

Представление экспертов.

Учитель: Итак, ваши вопросы!

Ученик 1: Какие типы локомотивов эксплуатируются сейчас на железной дороге?

Железнодорожник 1: Существует 3 основных типа: электровоз, электропоезд и тепловоз.

(слайд 1)

Ученик 1: В чем их принципиальные отличия?

Железнодорожник 1: Разница очевидна: электровозы и электропоезда приводятся в движение электродвигателем, тепловоз — ДВС (дизель). Именно эксплуатация электровозов и требует электрификации железной дороги.

Ученик 2: Хотелось бы подробнее узнать об электровозе. Какие типы электровозов существуют? В чем их отличия?

Железнодорожник 2: Есть разные типы электровозов. Например, чехословатские электровозы ЧС2Т, ЧС200, ЧС7. Электропоезда ЭР2, ЭР2Т. Электровозы ЭДМ4, ВЛ10,ВЛ15. Все они отличаются своими конструктивными особенностями, электрическим оборудованием, схемами.

(слайд 2)

Ученик 3: Вы сказали, что электровоз приводится в движение электродвигателем. Что это за устройство?

Инженер 1: Электродвигатель — это устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую. Предвосхищая ваш вопрос, скажу, что различают двигатели постоянного и переменного тока, синхронные и асинхронные, двигатели трехфазного тока.

(Слайды 3-4)

Ученик 3: А каким током питаются электродвигатели на электропоездах?

Железнодорожник 2: Обычно используют постоянный или однофазный переменный ток. Использование трёхфазного тока требует подвески как минимум двух контактных проводов, поэтому эта система не прижилась. При использовании постоянного тока напряжение в сети делают довольно низким, чтобы включать электродвигатели напрямую. При использовании переменного тока выбирают гораздо более высокое напряжение, поскольку на электровозе напряжение можно легко понизить с помощью трансформатора.

Система питания электровоза

Слайд 5

Ученик 4: Не могли бы вы подробнее рассказать о принципе действия электродвигателя? На каком явлении он основан?

Слайд 6

Инженер 2: Принцип действия электродвигателя основан на вращении рамки с током в магнитном поле (демонстрация 1)

Ученик 5: А можно узнать об изобретении электродвигателя?

Историк 1: Принцип преобразования электрической энергии в механическую энергию электромагнитным полем был продемонстрирован британским учёным Майклом Фарадеем в 1821 и состоял из свободно висящего провода, окунающегося в пул ртути. Постоянный магнит был установлен в середине пула ртути. Когда через провод пропускался ток, провод вращался вокруг магнита, показывая, что ток вызывал циклическое магнитное поле вокруг провода. Этот двигатель часто демонстрируется в школьных классах физики, вместо токсичной ртути используют рассол. Это — самый простой вид из класса электрических двигателей. Последующим усовершенствованием является колеса Барлоу. Оно было демонстрационным устройством, непригодным в практических применениях из-за ограниченной мощности. В 1834 г. русский ученый Б.С. Якоби создал первый в мире практически пригодный электродвигатель с вращающимся якорем и опубликовал теоретическую работу "О применении электромагнетизма для приведения в движение машины". Б.С. Якоби писал, что его двигатель несложен и "дает непосредственно круговое движение, которого гораздо легче преобразовать в другие виды движения, чем возвратно-поступательное". Вращательное движение якоря в двигателе Якоби происходило вследствие попеременного притяжения и отталкивания электромагнитов. Неподвижная группа U-образных электромагнитов питалась током непосредственно от гальванической батареи, причем направление тока в этих электромагнитах оставалось неизменным. Подвижная группа электромагнитов была подключена к батарее через коммутатор, с помощью которого направление тока в каждом электромагните изменялось раз за один оборот диска. Полярность электромагнитов при этом соответственно изменялась, а каждый из подвижных электромагнитов попеременного притягивался и отталкивался соответствующим неподвижным электромагнитом: вал двигателя начинал вращаться. Мощность такого двигателя составляла всего 15 Вт. Впоследствии Якоби: довел мощность электродвигателя до 550 Вт. Этот двигатель был установлен сначала на лодке, а позже на железнодорожной платформе. 13 сентября 1838 г. лодка с 12 пассажирами поплыла по Неве против течения со скоростью около 3 км/ч. Лодка была снабжена колесами с лопастями. Колеса приводились во вращение электрическим двигателем, который получал ток от батареи из 320 гальванических элементов. Так впервые электрический двигатель появился на судне.

Слайд 7

Ученик 6. Вы сказали ,что электровозе напряжение можно легко понизить с помощью трансформатора. Что это такое, и каким образом он трансформирует энергию?

Инженер 3. Трансформатор (transformo— преобразовывать) — статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством ЭМИ одной или нескольких систем переменного тока в одну или несколько других систем переменного тока 30 ноября 1876, дата получения патента Николаем Яблочковым считается датой рождения первого трансформатора (демонстрация 2). Объясните принцип его действия.

Слайд 8

Ученик 6: Явление ЭМИ было открыто в 1831 г М Фарадеем. Значение этого открытия трудно переоценить. Оно поражает своей простотой: достаточно иметь катушку и магнит — и можно получить ток! Я думаю, вы мне поможете продемонстрировать это явление. Что является обязательным условием возникновения тока? (демонстрация 3). Задачей инженеров-конструкторов было получение тока в промышленных масштабах, и они ее успешно решили.

Ученик 7: Преимущества использования электрического тока неоспоримы. Но известно, что далеко не все участки железной дороги электрифицированы. Как обстоят дела в этой области?

Историк 2: Позвольте сказать несколько слов о начале этого грандиозного процесса. Первые проекты электрификации железных дорог были разработаны в самом начале XX века выдающимся инженером, потом академиком, Генрихом Осиповичем Графтио. Он же с 1907 года начал читать курс лекций "Электрические железные дороги" студентам Петербургского электротехнического института. В 1913 году началось строительство линии, электрифицированной на постоянном токе 1200 вольт между Петербургом и Петергофом. Были сооружены две электростанции в Екатерингофе и Ораниенбауме. Однако работы были прекращены в связи с Первой Мировой войной. Началом эксплуатации электрифицированных магистральных железных дорог России считается 29 августа 1929 года, когда от перрона Ярославского вокзала по маршруту Москва – Мытищи отправился в путь первый российский электропоезд.

Развитие электрификации

Слайд 9

Ученик 8: Какие преимущества дает электрификация?

Инженер 3: Перевод на электрическую тягу железнодорожных линий позволил увеличить весовые нормы поездов, участковые скорости, среднесуточные пробеги локомотивов. Повысилась устойчивость работы, особенно в районах с суровыми климатическими условиями. К числу важным преимуществ электротяги является экологический фактор. Внедрение на сети железных дорог электрической тяги способствовало ускорению перевозочного процесса, качественно изменило эксплуатационную работу железных дорог.

Учитель: Поблагодарим наших гостей за исчерпывающие ответы. В качестве отработки полученной информации вам предлагается выполнить небольшую работу. Ответе, пожалуйста, на следующие вопросы.

1. Какие типы локомотивов эксплуатируются на железной дороге?
2. В чем состоит преимущество применения электротяги?
3. Какое физическое явление лежит в основе работы электродвигателя и трансформатора?
4. Дайте определение электродвигателя.
5. Дайте определение трансформатора.
6. Какой преимущественно ток используется для питания электродвигателей железной дороги?
7. Назовите фамилию ученого, создавшего первый универсальный двигатель
8. Назовите фамилию ученого, создавшего первый трансформатор.

Слайд 10

Учитель: Спасибо за ответы. А теперь посмотрим на предмет нашей беседы. Демонстрация ролика.

Учитель: Благодарю всех за внимание!