Номер 1, страница 89 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 26. Генерирование переменного электрического тока. Глава 3. Электромагнетизм - номер 1, страница 89.

В О П Р О С Ы

1. Почему основным элементом генератора является рамка, вращающаяся в магнитном поле?

Основным элементом генератора является рамка, вращающаяся в магнитном поле, потому что работа любого электрогенератора основана на явлении электромагнитной индукции. Это явление заключается в возникновении электродвижущей силы (ЭДС), вызывающей электрический ток, в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, который пронизывает этот контур.

Магнитный поток ($Φ$) через плоский контур (рамку) описывается формулой:

$Φ = B \cdot S \cdot \cos(\alpha)$

где $B$ – это модуль вектора магнитной индукции, $S$ – площадь рамки, а $\alpha$ – угол между направлением вектора магнитной индукции и нормалью (перпендикуляром) к плоскости рамки.

Для того чтобы в рамке возникла ЭДС, необходимо постоянно изменять магнитный поток. Самым простым и эффективным способом обеспечить непрерывное изменение потока является вращение рамки в стационарном (постоянном) магнитном поле. Когда рамка вращается, угол $\alpha$ между нормалью к ее плоскости и линиями поля постоянно изменяется. Это приводит к периодическому изменению $\cos(\alpha)$, и, как следствие, к непрерывному изменению магнитного потока $Φ$ через рамку.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, величина наводимой ЭДС индукции ($ε_i$) прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока:

$ε_i = - \frac{ΔΦ}{Δt}$

Таким образом, вращающаяся рамка — это и есть тот контур, в котором механическая энергия вращения преобразуется в электрическую энергию за счет непрерывной генерации ЭДС. Без этого ключевого элемента — проводящего контура, изменяющего свою ориентацию в магнитном поле, — явление электромагнитной индукции не могло бы быть использовано для создания непрерывного тока.

Ответ: Рамка, вращающаяся в магнитном поле, является основным элементом генератора, так как именно ее вращение обеспечивает непрерывное изменение магнитного потока через ее площадь. Это изменение, в свою очередь, согласно закону электромагнитной индукции, создает (индуцирует) в рамке электродвижущую силу (ЭДС), которая и является источником генерируемого электрического тока.