Номер 1, страница 381 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

1. Опишите опыты М. Фарадея и способы получения в них индукционного тока.

В 1831 году английский ученый Майкл Фарадей сделал фундаментальное открытие, установив, что электрический ток можно получить с помощью магнитного поля. Это явление было названо электромагнитной индукцией. Фарадей провел серию экспериментов, которые наглядно продемонстрировали различные способы получения индукционного тока.

Опыт 1: Взаимодействие катушки и постоянного магнита

В первом ключевом опыте Фарадей использовал катушку из проволоки, концы которой были подключены к гальванометру — прибору, регистрирующему наличие и направление электрического тока.

• Когда Фарадей вдвигал постоянный магнит (например, северным полюсом) внутрь катушки, стрелка гальванометра отклонялась, указывая на возникновение тока в цепи.
• Как только движение магнита прекращалось и он оставался неподвижным внутри катушки, стрелка гальванометра возвращалась на нулевую отметку. Это означало, что постоянное магнитное поле само по себе не создает ток.
• Когда Фарадей выдвигал магнит из катушки, стрелка гальванометра снова отклонялась, но уже в противоположную сторону. Это свидетельствовало о том, что ток потек в обратном направлении.

Аналогичные результаты наблюдались, если магнит был неподвижен, а двигалась катушка. Скорость движения магнита или катушки влияла на величину тока: чем быстрее движение, тем больше отклонение стрелки гальванометра, то есть тем больше индукционный ток. Таким образом, был сделан вывод, что индукционный ток возникает при изменении числа линий магнитной индукции, пронизывающих контур катушки.

Опыт 2: Взаимодействие двух катушек

В этом опыте Фарадей использовал две катушки, надетые на общий железный сердечник для усиления магнитной связи. Одна катушка (первичная) была подключена к источнику тока через выключатель. Вторая катушка (вторичная) была подключена к гальванометру.

• В момент замыкания цепи первичной катушки, когда в ней начинал течь ток, гальванометр во вторичной цепи регистрировал кратковременный всплеск тока.
• После того как ток в первичной катушке устанавливался и становился постоянным, ток во вторичной катушке исчезал (стрелка гальванометра возвращалась к нулю).
• В момент размыкания цепи первичной катушки, когда ток в ней исчезал, гальванометр снова регистрировал кратковременный всплеск тока во вторичной катушке, но его направление было противоположным тому, что наблюдалось при замыкании.

Этот опыт показал, что индукционный ток возникает не просто из-за наличия магнитного поля, а из-за его изменения. При замыкании и размыкании цепи ток в первичной катушке меняется, что приводит к изменению создаваемого ею магнитного поля. Это изменяющееся магнитное поле и порождает ток во вторичной катушке.

Способы получения индукционного тока

На основе своих опытов Фарадей пришел к выводу, что главной причиной возникновения индукционного тока в замкнутом проводящем контуре является изменение магнитного потока ($ \Phi $), пронизывающего поверхность, ограниченную этим контуром. Магнитный поток — это величина, пропорциональная количеству линий магнитной индукции, проходящих через контур.

Таким образом, способы получения индукционного тока сводятся к способам изменения магнитного потока:

1. Изменение величины индукции магнитного поля ($\text{B}$), в котором находится контур. Это достигается:
   • Путем приближения или удаления постоянного магнита от контура.
   • Путем изменения силы тока в соседней катушке (электромагните).
2. Изменение площади контура ($\text{S}$), находящегося в магнитном поле (например, деформация контура).
3. Изменение ориентации контура относительно линий магнитной индукции, то есть изменение угла ($ \alpha $) между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости контура. Это достигается путем вращения контура в магнитном поле.

Все эти наблюдения были обобщены в законе электромагнитной индукции Фарадея, который гласит, что ЭДС индукции ($ \mathcal{E}_{i} $), возникающая в контуре, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока через этот контур:

$ \mathcal{E}_{i} = - \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} $

где $ \Delta\Phi $ — изменение магнитного потока за промежуток времени $ \Delta t $. Знак минус отражает правило Ленца, согласно которому индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.

Ответ:

В своих опытах Майкл Фарадей продемонстрировал, что индукционный ток в замкнутом проводящем контуре возникает при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Основные способы получения индукционного тока, установленные в его экспериментах, включают:

1. Относительное движение магнита и проводящего контура (катушки): ток возникает при вдвигании магнита в катушку или выдвигании из нее, либо при движении катушки относительно неподвижного магнита.
2. Изменение силы тока в соседнем контуре (электромагните): ток индуцируется в одной катушке в моменты замыкания или размыкания электрической цепи другой (первичной) катушки, то есть когда магнитное поле первичной катушки изменяется.

Обобщая, индукционный ток возникает всякий раз, когда изменяется магнитный поток через контур, что может быть достигнуто изменением магнитного поля, площади контура или его ориентации в поле.