Номер 1, страница 37 - 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?

В рамке, равномерно вращающейся в однородном магнитном поле, ЭДС (электродвижущая сила) возбуждается вследствие явления электромагнитной индукции. Суть этого явления, описанного законом Фарадея, заключается в том, что в любом замкнутом проводящем контуре возникает электрический ток (а следовательно, и ЭДС) при изменении магнитного потока, пронизывающего поверхность, ограниченную этим контуром.

Магнитный поток $\Phi$ через рамку площадью $\text{S}$ в магнитном поле с индукцией $\text{B}$ определяется формулой $\Phi = B \cdot S \cdot \cos(\alpha)$, где $\alpha$ — это угол между вектором магнитной индукции $\vec{B}$ и вектором нормали $\vec{n}$ (перпендикуляром) к плоскости рамки.

Когда рамка равномерно вращается, угол $\alpha$ между нормалью к ее плоскости и вектором магнитной индукции постоянно изменяется со временем. Это приводит к непрерывному изменению магнитного потока $\Phi(t)$, пронизывающего рамку. Согласно закону Фарадея, ЭДС индукции $\mathcal{E}$ равна скорости изменения магнитного потока, взятой со знаком минус: $\mathcal{E} = -\frac{d\Phi}{dt}$. Поскольку магнитный поток изменяется, его производная по времени не равна нулю, что и приводит к возбуждению ЭДС.

Величина ЭДС зависит от следующих факторов:

• Индукции магнитного поля ($\text{B}$). Чем сильнее магнитное поле, тем больше максимальное значение магнитного потока и скорость его изменения, а значит, и больше ЭДС.

• Площади рамки ($\text{S}$). Рамка большей площади при тех же условиях "захватывает" больший магнитный поток, что приводит к большей ЭДС.

• Угловой скорости вращения ($\omega$). Чем быстрее вращается рамка, тем быстрее изменяется угол $\alpha$, и, следовательно, тем быстрее изменяется магнитный поток, что ведет к увеличению ЭДС.

• Количества витков в рамке ($\text{N}$). Если рамка представляет собой катушку, содержащую $\text{N}$ витков, то ЭДС индукции возникает в каждом из них. Эти ЭДС складываются, и полная ЭДС оказывается в $\text{N}$ раз больше.

Ответ: ЭДС в равномерно вращающейся рамке возбуждается из-за непрерывного изменения магнитного потока, пронизывающего рамку, что является следствием изменения угла между плоскостью рамки и направлением магнитного поля. Это явление описывается законом электромагнитной индукции Фарадея. Величина ЭДС зависит от индукции магнитного поля, площади рамки, угловой скорости ее вращения и количества витков в рамке.