Номер 1, страница 79 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 23. Электромагнитная индукция. Глава 3. Электромагнетизм - номер 1, страница 79.

В О П Р О С Ы

1. В чём состоит явление электромагнитной индукции?

В чём состоит явление электромагнитной индукции?

Явление электромагнитной индукции — это возникновение электрического тока, электрического поля или электрической поляризации при изменении во времени магнитного поля или при движении материальных тел в магнитном поле. Это фундаментальное явление было открыто английским физиком Майклом Фарадеем в 1831 году.

Суть явления заключается в том, что любое изменение магнитного поля во времени порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле. Если в область этого поля поместить замкнутый проводник, то вихревое электрическое поле вызывает в нём направленное движение свободных носителей заряда, то есть создаёт электрический ток, который называют индукционным.

Для возникновения индукционного тока в замкнутом проводящем контуре необходимо, чтобы изменялся магнитный поток ($$\Phi$$), пронизывающий поверхность, ограниченную этим контуром. Магнитный поток — это физическая величина, которая характеризует количество линий магнитной индукции, проходящих через некоторую поверхность. Он рассчитывается по формуле:

$$\Phi = B \cdot S \cdot \cos(\alpha)$$

где $$B$$ — модуль вектора магнитной индукции (величина, характеризующая магнитное поле), $$S$$ — площадь контура, а $$\alpha$$ — угол между направлением вектора магнитной индукции и нормалью (перпендикуляром) к плоскости контура.

Таким образом, магнитный поток можно изменить несколькими способами: во-первых, изменяя величину магнитной индукции $$B$$ (например, приближая или удаляя магнит от контура); во-вторых, изменяя площадь контура $$S$$, охватываемую полем; в-третьих, изменяя ориентацию контура в поле, то есть угол $$\alpha$$ (например, вращая контур).

Количественно явление описывается законом электромагнитной индукции Фарадея. Согласно этому закону, электродвижущая сила (ЭДС) индукции ($$\mathcal{E}_i$$), возникающая в замкнутом контуре, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром, и взята с противоположным знаком:

$$\mathcal{E}_i = - \frac{\Delta \Phi}{\Delta t}$$

где $$\Delta \Phi$$ — изменение магнитного потока за промежуток времени $$\Delta t$$. Если контур представляет собой катушку из $$N$$ витков, то ЭДС индукции, возникающая в ней, будет в $$N$$ раз больше:

$$\mathcal{E}_i = -N \frac{\Delta \Phi}{\Delta t}$$

Знак "минус" в этой формуле отражает правило Ленца. Оно гласит, что индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, которое вызвало этот ток. Правило Ленца является проявлением закона сохранения энергии в электромагнитных явлениях.

Явление электромагнитной индукции лежит в основе работы огромного количества технических устройств, таких как электрогенераторы (преобразуют механическую энергию в электрическую), трансформаторы (изменяют напряжение переменного тока), индукционные плиты, металлодетекторы, динамические микрофоны и многое другое.

Ответ: Явление электромагнитной индукции состоит в возникновении электрического тока (называемого индукционным током) в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, который пронизывает этот контур.