Номер 1, страница 32, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

1. На каком явлении основан процесс получения переменного электрического тока и как этот процесс описывается?

1. На каком явлении основан процесс получения переменного электрического тока и как этот процесс описывается?

Процесс получения переменного электрического тока основан на явлении электромагнитной индукции. Это явление, открытое Майклом Фарадеем, заключается в возникновении электрического тока (индукционного тока) в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

Процесс получения переменного тока в простейшем генераторе можно описать следующим образом. Рамка из проводника с площадью $S$ помещается в однородное магнитное поле с индукцией $\vec{B}$ и приводится во вращение с постоянной угловой скоростью $\omega$.

Магнитный поток $\Phi$, пронизывающий рамку, зависит от угла $\alpha$ между вектором магнитной индукции $\vec{B}$ и нормалью (перпендикуляром) $\vec{n}$ к плоскости рамки. Он вычисляется по формуле: $\Phi = B \cdot S \cdot \cos(\alpha)$

При равномерном вращении рамки угол $\alpha$ изменяется со временем по закону $\alpha = \omega t$. Тогда зависимость магнитного потока от времени имеет вид: $\Phi(t) = B \cdot S \cdot \cos(\omega t)$

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, возникающая в рамке ЭДС индукции $E$ равна скорости изменения магнитного потока, взятой со знаком минус: $E(t) = -\frac{d\Phi}{dt} = - (B \cdot S \cdot \cos(\omega t))' = - B \cdot S \cdot (-\omega \sin(\omega t)) = B \cdot S \cdot \omega \cdot \sin(\omega t)$

Обозначив максимальное значение ЭДС (амплитуду ЭДС) как $E_{max} = B \cdot S \cdot \omega$, получим уравнение для мгновенного значения ЭДС: $E(t) = E_{max} \sin(\omega t)$

Если рамка подключена к внешней цепи с полным сопротивлением $R$, то по закону Ома для полной цепи сила тока $i$ в ней будет также изменяться по гармоническому закону: $i(t) = \frac{E(t)}{R} = \frac{E_{max}}{R} \sin(\omega t) = I_{max} \sin(\omega t)$ где $I_{max} = \frac{E_{max}}{R}$ — амплитуда силы тока. Такой ток, периодически изменяющийся по величине и направлению, и называется переменным синусоидальным током.

Ответ: Процесс получения переменного тока основан на явлении электромагнитной индукции. Он описывается законом Фарадея, согласно которому при вращении проводящей рамки в магнитном поле в ней индуцируется ЭДС, изменяющаяся по синусоидальному закону $E(t) = E_{max} \sin(\omega t)$, что приводит к возникновению переменного тока.