Номер 1, страница 195 - гдз по физике 10 класс учебник Казахбаева, Кронгарт

1. Как получают переменную ЭДС?

1. Переменную электродвижущую силу (ЭДС) получают на основе явления электромагнитной индукции. Это явление заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

Основным устройством для получения переменной ЭДС является генератор переменного тока. Рассмотрим принцип его работы на примере простейшей модели: рамки из проводника, вращающейся в однородном магнитном поле.

Магнитный поток $ \Phi $, пронизывающий рамку площадью $ S $, находящуюся в магнитном поле с индукцией $ B $, зависит от угла $ \alpha $ между вектором магнитной индукции $ \vec{B} $ и нормалью (перпендикуляром) $ \vec{n} $ к плоскости рамки:

$ \Phi = B \cdot S \cdot \cos(\alpha) $

Если рамка вращается с постоянной угловой скоростью $ \omega $, то угол $ \alpha $ изменяется со временем по закону $ \alpha = \omega t $. Тогда зависимость магнитного потока от времени будет выглядеть так:

$ \Phi(t) = B \cdot S \cdot \cos(\omega t) $

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, ЭДС индукции $ \mathcal{E} $, возникающая в рамке, равна скорости изменения магнитного потока, взятой со знаком минус:

$ \mathcal{E} = -\frac{d\Phi}{dt} $

Подставив выражение для магнитного потока, найдем ЭДС:

$ \mathcal{E}(t) = -\frac{d}{dt}(B \cdot S \cdot \cos(\omega t)) = -B \cdot S \cdot (-\sin(\omega t) \cdot \omega) = B \cdot S \cdot \omega \cdot \sin(\omega t) $

Это выражение показывает, что ЭДС изменяется с течением времени по синусоидальному закону. Такую ЭДС называют переменной. Максимальное значение (амплитуда) ЭДС равно $ \mathcal{E}_{max} = B \cdot S \cdot \omega $. Таким образом, мгновенное значение ЭДС можно записать как:

$ \mathcal{E}(t) = \mathcal{E}_{max} \sin(\omega t) $

График этой зависимости представляет собой синусоиду, что означает, что ЭДС периодически меняет свое значение и полярность (знак).

В промышленных генераторах, как правило, вращается не рамка с током, а электромагнит (ротор) внутри неподвижных обмоток (статора), но физический принцип остается тем же: для создания переменной ЭДС необходимо обеспечить непрерывное периодическое изменение магнитного потока через витки обмотки.

Ответ: Переменную ЭДС получают с помощью генераторов переменного тока, работа которых основана на явлении электромагнитной индукции. Она возникает в проводящем контуре (обмотке) при непрерывном периодическом изменении пронизывающего его магнитного потока, что достигается за счет вращения рамки в магнитном поле или вращения магнита (электромагнита) внутри неподвижной обмотки.