Номер 4, страница 32, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Башарулы, Шункеев

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

4. Переменный электрический ток в проводящем контуре (рамке) возникает в соответствии с законом электромагнитной индукции. Согласно этому закону, электродвижущая сила (ЭДС) индукции, которая порождает ток, возникает при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Величина ЭДС индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока: $ \mathcal{E}_{ind} = - \frac{d\Phi}{dt} $

Магнитный поток $ \Phi $ через рамку определяется выражением: $ \Phi = B \cdot S \cdot \cos\alpha $ где $ B $ — модуль вектора магнитной индукции, $ S $ — площадь рамки, а $ \alpha $ — угол между вектором магнитной индукции $ \vec{B} $ и нормалью (перпендикуляром) к плоскости рамки.

Из формулы видно, что для изменения магнитного потока $ \Phi $ можно изменять один из трех параметров: индукцию магнитного поля $ B $, площадь рамки $ S $ или угол $ \alpha $.

В условии задачи рамка является неподвижной, что означает, что ее площадь $ S $ и ее ориентация в пространстве (угол $ \alpha $) постоянны. Следовательно, единственный способ изменить магнитный поток, пронизывающий рамку, — это изменять величину магнитной индукции $ B $.

Чтобы получить именно переменный ток, необходимо, чтобы магнитное поле изменялось периодически, то есть его индукция $ B $ должна то возрастать, то убывать, а в идеале — еще и менять свое направление на противоположное.

Этого можно достичь двумя основными способами:

1. Вращать источник магнитного поля. Можно вращать постоянный магнит или электромагнит вблизи неподвижной рамки. При вращении магнита вектор магнитной индукции $ \vec{B} $ в каждой точке пространства будет изменять свою величину и направление. В результате магнитный поток через неподвижную рамку будет периодически изменяться, что приведет к возникновению в ней переменной ЭДС и переменного тока.

2. Использовать переменный электромагнит. Можно поместить рамку в магнитное поле катушки (соленоида), по которой пропускают переменный ток. Переменный ток в катушке будет создавать переменное во времени магнитное поле. Это переменное поле, пронизывая неподвижную рамку, будет индуцировать в ней переменный ток. Этот принцип действия лежит в основе работы трансформаторов.

Ответ: Для получения переменного тока в неподвижной рамке необходимо создать переменный во времени магнитный поток через эту рамку. Поскольку рамка неподвижна, это достигается путем изменения самого магнитного поля. Практически это можно сделать, вращая постоянный магнит вблизи рамки или поместив рамку в переменное магнитное поле, создаваемое катушкой с переменным током.