Номер 1, страница 50, часть 1 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

1. Почему в рамке, равномерно вращающейся в однородном магнитном поле, возбуждается ЭДС, и от каких величин она зависит?

1. Почему в рамке, равномерно вращающейся в однородном магнитном поле, возбуждается ЭДС, и от каких величин она зависит?

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, электродвижущая сила (ЭДС) в замкнутом контуре возбуждается при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Величина ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока: $\mathcal{E} = - \frac{d\Phi}{dt}$.

В случае рамки, равномерно вращающейся в однородном магнитном поле, индукция магнитного поля $\text{B}$ и площадь рамки $\text{S}$ постоянны. Однако при вращении рамки изменяется угол $\alpha$ между вектором магнитной индукции $\vec{B}$ и вектором нормали $\vec{n}$ к плоскости рамки.

Магнитный поток определяется формулой: $\Phi = B \cdot S \cdot \cos(\alpha)$. Поскольку рамка вращается с постоянной угловой скоростью $\omega$, угол $\alpha$ изменяется со временем по закону $\alpha = \omega t$ (если в начальный момент времени $t=0$ нормаль к рамке совпадает с направлением поля). Таким образом, магнитный поток становится функцией времени: $\Phi(t) = B \cdot S \cdot \cos(\omega t)$.

Так как магнитный поток $\Phi(t)$ непрерывно изменяется (по гармоническому закону), в рамке, согласно закону Фарадея, возбуждается ЭДС индукции.

Величина этой ЭДС зависит от следующих величин:

• индукции магнитного поля ($\text{B}$);

• площади рамки ($\text{S}$);

• угловой скорости вращения рамки ($\omega$);

• числа витков в рамке ($\text{N}$), если рамка представляет собой катушку.

Амплитудное (максимальное) значение ЭДС определяется как $\mathcal{E}_{max} = N \cdot B \cdot S \cdot \omega$. Мгновенное значение ЭДС также зависит от времени (или от угла поворота).

Ответ: ЭДС в рамке возбуждается из-за непрерывного изменения магнитного потока, пронизывающего рамку. Это изменение происходит потому, что при вращении рамки меняется угол между направлением магнитного поля и нормалью к плоскости рамки. Величина ЭДС зависит от индукции магнитного поля, площади рамки, угловой скорости ее вращения и числа витков в ней.