Номер 1, страница 380 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

1. Каков принцип действия микрофона?

1. Решение

Основной принцип действия любого микрофона заключается в преобразовании звуковой энергии в электрическую. Звук представляет собой механические волны — колебания среды (например, воздуха), которые распространяются в пространстве. Микрофон улавливает эти колебания и превращает их в электрический сигнал, который в точности повторяет форму исходной звуковой волны (ее частоту и амплитуду).
Процесс преобразования происходит в несколько этапов:
1. Звуковые волны достигают микрофона и воздействуют на его чувствительный элемент — тонкую мембрану (диафрагму).
2. Под действием переменного давления воздуха мембрана начинает колебаться в такт со звуковыми волнами.
3. Механические колебания мембраны преобразуются в электрический сигнал. Способ этого преобразования определяет тип микрофона.

Рассмотрим принципы действия двух самых распространенных типов микрофонов:

Динамический микрофон. Его работа основана на явлении электромагнитной индукции. В таком микрофоне к мембране прикреплена небольшая катушка с проводом. Эта катушка помещена в сильное магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом. Когда мембрана колеблется под действием звука, катушка также начинает двигаться вперед-назад в магнитном поле. Движение проводника (катушки) в магнитном поле приводит к возникновению (индукции) в нем электрического тока. Сила и частота этого тока соответствуют силе и частоте звуковых колебаний. Эти микрофоны надежны, не требуют дополнительного питания и хорошо справляются с высокими уровнями громкости.

Конденсаторный микрофон. В основе его работы лежит изменение электрической ёмкости конденсатора. Конструкция представляет собой конденсатор, где одна из обкладок — это подвижная металлическая мембрана, а вторая — неподвижная металлическая пластина. На обкладки конденсатора подается постоянное напряжение (от батарейки или внешнего источника — так называемое фантомное питание). Когда звуковые волны заставляют мембрану колебаться, расстояние между ней и неподвижной пластиной изменяется. Изменение расстояния между обкладками приводит к изменению электрической ёмкости конденсатора (ёмкость обратно пропорциональна расстоянию: $C \sim 1/d$). Так как заряд на обкладках поддерживается практически постоянным, изменение ёмкости вызывает соответствующее изменение напряжения по закону $U = Q/C$. Это переменное напряжение и является выходным электрическим сигналом, который затем усиливается. Конденсаторные микрофоны обладают очень высокой чувствительностью и точностью, поэтому их широко применяют в студиях звукозаписи.

Ответ: Принцип действия микрофона заключается в преобразовании энергии механических звуковых колебаний в электрический сигнал. Это достигается за счет того, что звуковые волны заставляют вибрировать мембрану микрофона, а эти вибрации, в свою очередь, с помощью явления электромагнитной индукции (в динамических микрофонах) или изменения ёмкости конденсатора (в конденсаторных микрофонах) создают переменный электрический ток или напряжение, повторяющий по форме исходную звуковую волну.