Silnik elektryczny działa w oparciu o zasadę indukcji elektromagnetycznej. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez przewodnik umieszczony w polu magnetycznym, na przewodnik działa siła, powodując jego ruch. W silniku elektrycznym zasada ta wykorzystywana jest do generowania ruchu obrotowego. Interakcja między polem magnetycznym wytwarzanym przez magnesy trwałe lub elektromagnesy silnika a prądem elektrycznym przepływającym przez cewki silnika wytwarza moment obrotowy napędzający wał silnika.
Maszyna elektryczna, w skład której wchodzą zarówno silniki, jak i generatory, działa na zasadzie indukcji elektromagnetycznej. Kiedy przewodnik elektryczny porusza się w polu magnetycznym lub gdy zmienia się pole magnetyczne wokół przewodnika, w przewodniku indukowana jest siła elektromotoryczna (EMF). W silniku to indukowane pole elektromagnetyczne powoduje przepływ prądu przez przewodniki, generując siłę, która wytwarza ruch mechaniczny. Kluczowa różnica między silnikami a generatorami polega na tym, jak wykorzystują tę zasadę: silniki przekształcają energię elektryczną w energię mechaniczną, podczas gdy generatory przekształcają energię mechaniczną w energię elektryczną.
Pierścienie dzielone (komutator) w silniku prądu stałego odgrywają kluczową rolę w odwracaniu kierunku przepływu prądu przez cewki twornika silnika. Gdy twornik się obraca, rozcięte pierścienie okresowo zmieniają połączenie cewek twornika z obwodem zewnętrznym, zapewniając, że moment obrotowy wytwarzany przez silnik pozostaje w tym samym kierunku. Ten proces komutacji umożliwia silnikom prądu stałego utrzymanie ciągłego ruchu obrotowego.
Silniki prądu stałego składają się z kilku kluczowych elementów: stojana (część stacjonarna) z magnesami trwałymi lub elektromagnesami oraz twornika (część obrotowa) ze zwojami drutu. Kiedy prąd elektryczny przepływa przez twornik, oddziałuje on z polem magnetycznym wytwarzanym przez stojan, generując moment obrotowy, który powoduje obrót twornika. Kierunek obrotów można odwrócić zmieniając polaryzację prądu płynącego przez twornik lub stosując komutator z dzielonym pierścieniem.
W kontekście edukacji klasy 10 silniki elektryczne znajdują praktyczne zastosowanie w różnych urządzeniach i układach. Są powszechnie stosowane w urządzeniach gospodarstwa domowego, takich jak wentylatory, miksery i pralki, do przekształcania energii elektrycznej w energię mechaniczną. Silniki elektryczne są również wykorzystywane w maszynach przemysłowych, transporcie (np. Pojazdach elektrycznych) i robotyce. Zrozumienie ich działania i zastosowań ma podstawowe znaczenie dla zrozumienia przez uczniów zasad elektromagnetyzmu i ruchu mechanicznego w nowoczesnej technologii.