Номер 3, страница 37 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

3. Можно ли получить переменный ток в неподвижной рамке? Если да, то каким образом?

3. Да, можно.

Возникновение электрического тока в замкнутом проводящем контуре (рамке) объясняется явлением электромагнитной индукции. Согласно закону Фарадея, электродвижущая сила (ЭДС) индукции, а следовательно, и индукционный ток, возникают при любом изменении магнитного потока, пронизывающего поверхность, ограниченную контуром.

Магнитный поток $ \Phi_B $ через плоскую рамку площадью $ S $, помещенную в однородное магнитное поле с индукцией $ B $, определяется формулой:

$ \Phi_B = B S \cos \alpha $

где $ \alpha $ — угол между вектором магнитной индукции $ \vec{B} $ и нормалью (перпендикуляром) к плоскости рамки.

ЭДС индукции $ \mathcal{E}_{i} $ равна скорости изменения магнитного потока, взятой со знаком минус:

$ \mathcal{E}_{i} = -\frac{d\Phi_B}{dt} $

Из формулы для магнитного потока видно, что его можно изменить тремя способами: изменяя величину магнитной индукции $ B $, изменяя площадь рамки $ S $ или изменяя угол $ \alpha $ (т.е. вращая рамку). В условии задачи рамка неподвижна, это означает, что ее площадь $ S $ и ориентация в пространстве (угол $ \alpha $) постоянны.

Следовательно, единственный способ изменить магнитный поток через неподвижную рамку — это изменять во времени само магнитное поле, в котором она находится, то есть изменять величину магнитной индукции $ B $.

Чтобы получить именно переменный ток, необходимо, чтобы магнитный поток не просто менялся, а менялся периодически, изменяя знак своей производной по времени. Этого можно достичь, поместив рамку в переменное магнитное поле. Например, если магнитное поле создается катушкой (соленоидом), по которой протекает переменный ток, то это поле будет переменным. Такое переменное магнитное поле будет создавать в неподвижной рамке переменный магнитный поток, что, в свою очередь, приведет к возникновению переменной ЭДС индукции и переменного индукционного тока.

Этот принцип лежит в основе работы трансформаторов, где переменный ток в первичной обмотке создает переменное магнитное поле в сердечнике, которое затем индуцирует переменный ток во вторичной обмотке, при этом обе обмотки неподвижны относительно друг друга.

Ответ: Да, можно получить переменный ток в неподвижной рамке, если поместить ее в переменное магнитное поле. Изменение магнитного поля во времени приведет к изменению магнитного потока через рамку, что, согласно закону электромагнитной индукции, вызовет появление переменного индукционного тока.