Номер 4, страница 86 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 25. Использование электромагнитной индукции. Глава 3. Электромагнетизм - номер 4, страница 86.

4. Приведите примеры использования электромагнитной индукции в современной технике.

Явление электромагнитной индукции, открытое Майклом Фарадеем, заключается в возникновении электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Это фундаментальное явление лежит в основе работы множества современных технических устройств.

Электрические генераторы и трансформаторы

Это наиболее масштабное и важное применение электромагнитной индукции, являющееся основой всей мировой системы производства и распределения электроэнергии. В генераторах на электростанциях (тепловых, гидравлических, атомных) механическая энергия вращения турбины используется для вращения ротора (содержащего катушки с проводом) в сильном магнитном поле статора (или наоборот). Постоянное изменение магнитного потока через витки катушек индуцирует в них электродвижущую силу (ЭДС), создавая переменный электрический ток. Трансформаторы используются для повышения или понижения напряжения этого тока. Переменный ток в первичной обмотке создает переменный магнитный поток в сердечнике, который, в свою очередь, индуцирует ЭДС во вторичной обмотке. Это позволяет передавать электроэнергию на большие расстояния с минимальными потерями при очень высоком напряжении, а затем понижать его до безопасных значений для бытового и промышленного использования.

Ответ: Генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую, а трансформаторы изменяют напряжение переменного тока для его эффективной передачи и использования; оба устройства работают на основе электромагнитной индукции.

Индукционные варочные панели

В современной бытовой технике индукционные плиты являются ярким примером практического применения электромагнитной индукции для нагрева. Под стеклокерамической поверхностью плиты находится медная катушка, по которой протекает переменный ток высокой частоты. Этот ток создает быстропеременное магнитное поле. Когда на конфорку ставится посуда с ферромагнитным дном (например, из чугуна или нержавеющей стали), переменное магнитное поле пронизывает дно посуды и индуцирует в нем мощные вихревые токи (токи Фуко). Эти токи, проходя через металл, обладающий сопротивлением, вызывают его интенсивный нагрев по закону Джоуля–Ленца. Преимущества такого способа — высокий КПД, скорость и безопасность, так как сама поверхность плиты почти не нагревается.

Ответ: Индукционные плиты используют переменное магнитное поле для наведения вихревых токов в дне металлической посуды, которые напрямую нагревают ее для приготовления пищи.

Беспроводная зарядка устройств

Технология беспроводной зарядки (например, стандарта Qi), которая используется в смартфонах, умных часах, электрических зубных щетках и других гаджетах, основана на индуктивной передаче энергии. Зарядное устройство (базовая станция) содержит передающую катушку, создающую переменное магнитное поле. В гаджете находится приемная катушка. Когда устройство помещается на зарядную станцию, переменное магнитное поле пронизывает приемную катушку, индуцируя в ней переменный электрический ток. Встроенная в гаджет электроника преобразует этот переменный ток в постоянный, который и заряжает аккумулятор.

Ответ: Беспроводная зарядка передает энергию от станции к устройству с помощью переменного магнитного поля, которое индуцирует ток в приемной катушке гаджета.

Металлодетекторы

Металлодетекторы, используемые в системах безопасности, в археологии и как хобби, работают благодаря электромагнитной индукции. Передающая катушка детектора создает переменное магнитное поле. Если в это поле попадает металлический объект, поле индуцирует в нем вихревые токи. Эти токи, в свою очередь, создают собственное, более слабое, вторичное магнитное поле. Приемная катушка в металлодетекторе настроена на обнаружение этого вторичного поля. При его фиксации электронная схема устройства генерирует звуковой или визуальный сигнал, оповещая о наличии металла.

Ответ: Металлодетекторы обнаруживают металлические предметы, индуцируя в них вихревые токи своим первичным магнитным полем и регистрируя вторичное магнитное поле, созданное этими токами.