Творческое задание, страница 207 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Творческое задание

Выясните, какое практическое применение получило явление электро-магнитной индукции. Подготовьте сообщение с ppt-презентацией.

Явление электромагнитной индукции, открытое Майклом Фарадеем в 1831 году, заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Величина индуцируемой ЭДС (электродвижущей силы) определяется законом Фарадея: $E = - \frac{d\Phi}{dt}$, где $E$ – ЭДС индукции, а $\Phi$ – магнитный поток. Знак минус указывает направление индукционного тока в соответствии с правилом Ленца: индукционный ток всегда имеет такое направление, что он противодействует причине, его вызвавшей. Это фундаментальное явление лежит в основе работы огромного количества устройств и технологий.

Электрические генераторы

Это самое важное применение электромагнитной индукции. Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую. В их основе лежит вращение рамки из проводника (ротора) в магнитном поле, создаваемом статором, или наоборот. При вращении рамки изменяется магнитный поток, пронизывающий ее, что приводит к возникновению ЭДС индукции и, как следствие, переменного электрического тока в цепи. Почти вся электроэнергия в мире, используемая в домах и на предприятиях, вырабатывается именно такими генераторами на гидро-, тепловых и атомных электростанциях.

Трансформаторы

Трансформаторы – это устройства для преобразования переменного напряжения, необходимые для эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния. Трансформатор состоит из двух (или более) обмоток на общем сердечнике. Переменный ток в первичной обмотке создает переменный магнитный поток в сердечнике, который индуцирует ЭДС во вторичной обмотке. Соотношение напряжений на обмотках примерно равно соотношению числа витков в них: $\frac{U_2}{U_1} \approx \frac{N_2}{N_1}$. Повышающие трансформаторы на электростанциях увеличивают напряжение для минимизации потерь при передаче, а понижающие трансформаторы у потребителей снижают напряжение до бытовых значений (например, 220 В).

Индукционные плиты

В индукционных плитах высокочастотный переменный ток, проходящий через медную катушку под стеклокерамической поверхностью, создает быстропеременное магнитное поле. Когда на плиту ставится металлическая (ферромагнитная) посуда, это поле индуцирует в ее дне вихревые токи (токи Фуко). Из-за электрического сопротивления материала посуды эти токи вызывают ее сильный нагрев по закону Джоуля-Ленца ($Q = I^2Rt$). Сама конфорка при этом почти не нагревается, что делает плиты очень эффективными и безопасными.

Металлодетекторы

Металлодетектор использует катушку передатчика, создающую переменное магнитное поле. Если вблизи оказывается металлический предмет, это поле индуцирует в нем вихревые токи. Эти токи, в свою очередь, создают собственное магнитное поле, которое улавливается второй, приемной, катушкой. Приемная катушка генерирует электрический сигнал, который после усиления оповещает оператора.

Динамические микрофоны и звукосниматели электрогитар

В динамическом микрофоне звуковые волны колеблют диафрагму с прикрепленной к ней катушкой. Катушка находится в поле постоянного магнита, и при ее движении в ней индуцируется переменный ток, повторяющий форму звуковых колебаний. Аналогичный принцип используется в электромагнитных звукоснимателях электрогитар: колеблющаяся над датчиком стальная струна изменяет магнитное поле, что индуцирует слабый ток в катушке.

Беспроводная зарядка устройств

Технология беспроводной зарядки основана на электромагнитной индукции. Зарядная станция содержит катушку-передатчик, которая создает переменное магнитное поле. В заряжаемом устройстве (смартфоне, часах) находится катушка-приемник. Когда устройство оказывается в поле станции, переменный магнитный поток индуцирует в приемной катушке электрический ток, заряжающий аккумулятор.

Индукционные тормоза

Системы индукционного (вихретокового) торможения применяются в высокоскоростных поездах и аттракционах. Рядом с движущимся металлическим диском создается сильное магнитное поле. Движение диска в этом поле приводит к возникновению в нем мощных вихревых токов. Согласно правилу Ленца, магнитное поле этих токов создает силу, тормозящую движение, при этом отсутствует механический износ.

Ответ: Явление электромагнитной индукции имеет фундаментальное значение для современной цивилизации и нашло широчайшее практическое применение. Ключевые области его использования включают: производство электроэнергии (электрические генераторы), передачу электроэнергии (трансформаторы), бытовую технику (индукционные плиты, беспроводные зарядки), промышленность и транспорт (индукционный нагрев, вихретоковые тормоза), измерительные и звукозаписывающие приборы (металлодетекторы, динамические микрофоны, гитарные звукосниматели) и многие другие технологии, преобразующие энергию посредством изменяющихся магнитных полей.