Номер 2, страница 212 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

2. Объясните принцип действия генератора индукционного тока.

2. Решение

Принцип действия генератора индукционного тока основан на явлении электромагнитной индукции. Это явление заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

Согласно закону Фарадея для электромагнитной индукции, возникающая в контуре электродвижущая сила (ЭДС) индукции ($ \mathcal{E} $) прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока ($ \Phi $) через поверхность, ограниченную этим контуром:

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

Знак минус в формуле отражает правило Ленца, согласно которому индукционный ток имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.

Магнитный поток определяется формулой:

$ \Phi = B S \cos \alpha $

где $B$ — индукция магнитного поля, $S$ — площадь контура, $ \alpha $ — угол между вектором магнитной индукции $ \vec{B} $ и нормалью (перпендикуляром) к плоскости контура $ \vec{n} $.

В простейшем генераторе проводящая рамка (ротор) приводится во вращение с угловой скоростью $ \omega $ в однородном магнитном поле, создаваемом постоянными магнитами или электромагнитами (статором). При вращении рамки угол $ \alpha $ между нормалью к её плоскости и линиями магнитной индукции непрерывно изменяется по закону $ \alpha = \omega t $.

Это приводит к изменению магнитного потока, пронизывающего рамку:

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

В соответствии с законом Фарадея, в рамке возникает ЭДС индукции:

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

Эта ЭДС изменяется по синусоидальному закону, что соответствует переменному току. Если к концам рамки через систему скользящих контактов (щеток и контактных колец) подключить внешнюю цепь, в ней потечет переменный индукционный ток.

Таким образом, генератор преобразует механическую энергию, затрачиваемую на вращение рамки, в электрическую энергию переменного тока.

Ответ: Принцип действия генератора индукционного тока основан на явлении электромагнитной индукции. При вращении проводящей рамки (ротора) в магнитном поле (создаваемом статором) изменяется магнитный поток, пронизывающий эту рамку. Это изменение магнитного потока приводит к возникновению в рамке электродвижущей силы (ЭДС) и, как следствие, электрического тока. Таким образом, механическая энергия вращения преобразуется в электрическую энергию.