Номер 2, страница 188 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

2. Приведите примеры, в которых опытным путем можно обнаружить явление электромагнитной индукции.

Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Обнаружить это явление можно с помощью нескольких классических опытов.

Пример 1. Движение постоянного магнита относительно катушки

Для этого опыта понадобится катушка из проволоки (соленоид), концы которой подключены к чувствительному гальванометру (прибору для обнаружения слабого тока), и полосовой магнит.

1. Если вносить магнит в катушку, например, северным полюсом, стрелка гальванометра отклонится, показывая наличие тока в цепи.

2. Если остановить магнит внутри катушки, стрелка гальванометра вернется к нулю, так как магнитный поток перестанет изменяться.

3. Если вынимать магнит из катушки, стрелка гальванометра снова отклонится, но уже в противоположную сторону. Это означает, что ток потек в обратном направлении.

4. Если повторить опыт с южным полюсом магнита, направления индукционного тока будут противоположны тем, что наблюдались при движении северного полюса.

5. Чем быстрее двигать магнит, тем больше будет отклонение стрелки, что свидетельствует о большей величине индукционного тока.

Объяснение: движение магнита изменяет число линий магнитной индукции, пронизывающих катушку, то есть изменяется магнитный поток. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменение магнитного потока $ \Phi $ во времени $ t $ приводит к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) индукции $ \mathcal{E}_i $, которая и создает ток в замкнутом контуре: $ \mathcal{E}_i = - \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} $.

Пример 2. Изменение силы тока в электромагните (первичной катушке)

В этом опыте используются две катушки. Одна (первичная) подключается к источнику тока через ключ, а вторая (вторичная), надетая на первую или расположенная рядом, подключается к гальванометру.

1. В момент замыкания ключа в цепи первичной катушки ток нарастает от нуля до некоторого значения. Создаваемое им магнитное поле также нарастает, и гальванометр во вторичной цепи зафиксирует кратковременный всплеск тока.

2. После того как ток в первичной цепи установился и стал постоянным, магнитное поле вокруг нее также становится постоянным. Магнитный поток через вторичную катушку не меняется, и ток в ней исчезает (стрелка гальванометра на нуле).

3. В момент размыкания ключа ток в первичной катушке спадает до нуля. Уменьшающееся магнитное поле снова вызывает изменение магнитного потока через вторичную катушку, и гальванометр фиксирует кратковременный ток, но направленный в противоположную сторону по сравнению с моментом замыкания.

Объяснение: изменение тока в первичной катушке создает переменное магнитное поле, которое индуцирует ЭДС во вторичной катушке. Этот принцип лежит в основе работы трансформаторов.

Пример 3. Вращение проводящей рамки в магнитном поле

Для опыта нужна проводящая рамка, помещенная в однородное магнитное поле (например, между полюсами подковообразного магнита). Концы рамки через скользящие контакты (кольца) подключаются к гальванометру.

При вращении рамки в магнитном поле гальванометр показывает наличие в ней переменного электрического тока: его величина и направление периодически изменяются.

Объяснение: при вращении рамки постоянно меняется угол $ \alpha $ между нормалью к плоскости рамки и вектором магнитной индукции. Это приводит к изменению магнитного потока, пронизывающего рамку, по закону $ \Phi = B \cdot S \cdot \cos(\alpha) $, где $ B $ — индукция магнитного поля, $ S $ — площадь рамки. Изменение потока индуцирует в рамке ЭДС и ток. Этот опыт демонстрирует принцип работы генераторов электрического тока.

Ответ: Явление электромагнитной индукции можно наблюдать в опытах, где происходит изменение магнитного потока через замкнутый контур. Примерами таких опытов являются: движение магнита относительно катушки, подключенной к гальванометру; изменение силы тока в одной катушке, которое приводит к появлению тока в соседней катушке; вращение проводящей рамки в постоянном магнитном поле.