Номер 5, страница 29 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

5. Каким образом можно получить переменный ток в неподвижной рамке?

5. Для возникновения индукционного тока в замкнутом контуре, которым является рамка, необходимо изменение магнитного потока, пронизывающего этот контур. Это следует из закона электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому возникающая электродвижущая сила (ЭДС) индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока: $ε_{i} = -\frac{d\Phi}{dt}$

Магнитный поток $Φ$ определяется формулой: $Φ = B \cdot S \cdot \cos(\alpha)$ где $B$ — величина индукции магнитного поля, $S$ — площадь контура (рамки), а $\alpha$ — угол между вектором магнитной индукции $\vec{B}$ и вектором нормали (перпендикуляром) к плоскости рамки.

Для получения переменного тока необходимо, чтобы ЭДС индукции, а следовательно, и магнитный поток, изменялись периодически.

В условии задачи рамка является неподвижной. Это означает, что ее площадь $S$ и ориентация в пространстве (а значит, и направление нормали) остаются постоянными. В таком случае, угол $\alpha$ может изменяться только если меняется направление самого магнитного поля, а $S$ является константой. Следовательно, для изменения магнитного потока $Φ$ необходимо изменять параметры самого магнитного поля, то есть его индукцию $B$ или его направление (что приведет к изменению $\cos(\alpha)$).

Таким образом, переменный ток в неподвижной рамке можно получить, создав вокруг нее переменное магнитное поле. Существует несколько способов это сделать:

1. Вращать постоянный магнит или электромагнит вблизи неподвижной рамки. При вращении источника поля, вектор магнитной индукции $\vec{B}$ в точке нахождения рамки будет периодически изменять свою величину и направление. Это вызовет периодическое изменение магнитного потока через рамку и индуцирует в ней переменный ток.

2. Поместить рамку в поле катушки-соленоида (электромагнита) и пропустить через эту катушку переменный ток. Переменный ток в первичной катушке создаст переменное во времени магнитное поле. Это переменное поле, пронизывая неподвижную рамку (вторичную обмотку), будет индуцировать в ней переменную ЭДС и, соответственно, переменный ток. Этот принцип является основой работы трансформаторов.

Ответ: Чтобы получить переменный ток в неподвижной рамке, её необходимо поместить в переменное магнитное поле. Такое поле можно создать либо вращая источник магнитного поля (постоянный магнит или электромагнит) рядом с рамкой, либо поместив рамку в поле другой катушки, по которой пропускают переменный ток.