Номер 4, страница 94 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 28. Магнитоэлектрическая индукция. Глава 3. Электромагнетизм - номер 4, страница 94.

4. Какое физическое явление называют магнитоэлектрической индукцией?

Решение

Магнитоэлектрическая индукция, более известная как электромагнитная индукция, — это фундаментальное физическое явление, которое заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Это явление было экспериментально открыто английским физиком Майклом Фарадеем в 1831 году.

Ключевым понятием для описания этого явления является магнитный поток ($ \Phi_B $). Магнитный поток через некоторую поверхность — это величина, пропорциональная полному числу линий магнитной индукции, проходящих через эту поверхность. Для однородного магнитного поля с индукцией $ B $, пронизывающего плоскую площадку площадью $ S $, магнитный поток рассчитывается по формуле: $ \Phi_B = B \cdot S \cdot \cos(\alpha) $, где $ \alpha $ — угол между вектором магнитной индукции $ \vec{B} $ и вектором нормали (перпендикуляром) $ \vec{n} $ к плоскости контура.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, электродвижущая сила (ЭДС) индукции, возникающая в контуре, равна по модулю и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром. Математически это выражается формулой для мгновенного значения ЭДС: $ \mathcal{E}_{i} = - \frac{d\Phi_B}{dt} $. Для среднего значения ЭДС за конечный промежуток времени $ \Delta t $ формула имеет вид: $ \mathcal{E}_{i} = - \frac{\Delta \Phi_B}{\Delta t} $.

Знак "минус" в этой формуле отражает правило Ленца, которое гласит: возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он был вызван. Это правило является следствием закона сохранения энергии.

Изменение магнитного потока может быть вызвано несколькими причинами:

– изменением величины магнитной индукции $ B $ со временем (например, при приближении или удалении постоянного магнита от контура);

– изменением площади контура $ S $, находящегося в магнитном поле (например, при растягивании или сжатии контура);

– изменением ориентации контура относительно линий магнитной индукции, то есть изменением угла $ \alpha $ (например, при вращении рамки в магнитном поле).

Явление электромагнитной индукции лежит в основе работы множества технических устройств, таких как:

– электрические генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую;

– трансформаторы, используемые для изменения напряжения переменного тока;

– индукционные плиты, в которых нагрев происходит за счет вихревых токов;

– динамические микрофоны и звукосниматели для музыкальных инструментов.

Ответ: Магнитоэлектрическая индукция (или электромагнитная индукция) — это явление возникновения электродвижущей силы (и индукционного тока, если контур замкнут) при любом изменении магнитного потока, пронизывающего поверхность, ограниченную этим контуром.