Номер 2, страница 108 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

2. На каком принципе основана работа генераторов переменного тока?

2. Работа генераторов переменного тока основана на явлении электромагнитной индукции. Суть этого явления заключается в возникновении электродвижущей силы (ЭДС) в замкнутом проводящем контуре, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий этот контур.

Рассмотрим принцип действия на примере простейшей модели генератора. Он состоит из проводящей рамки (ротора), которая может вращаться в однородном магнитном поле, создаваемом постоянными магнитами или электромагнитом (статором). К концам рамки через скользящие контакты (щетки) подключается внешняя электрическая цепь.

Когда рамка вращается под действием внешней механической силы, изменяется угол между плоскостью рамки и линиями магнитной индукции. Это приводит к изменению магнитного потока ($\Phi$), пронизывающего рамку. Магнитный поток определяется формулой:

$\Phi = B \cdot S \cdot \cos(\alpha)$

где $B$ – индукция магнитного поля, $S$ – площадь рамки, $\alpha$ – угол между вектором магнитной индукции $\vec{B}$ и нормалью (перпендикуляром) $\vec{n}$ к плоскости рамки.

При равномерном вращении рамки с угловой скоростью $\omega$ угол $\alpha$ изменяется со временем по закону $\alpha = \omega t$. Тогда магнитный поток изменяется гармонически:

$\Phi(t) = B \cdot S \cdot \cos(\omega t)$

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, возникающая в рамке ЭДС индукции ($\mathcal{E}_i$) пропорциональна скорости изменения магнитного потока:

$\mathcal{E}_i = -\frac{d\Phi}{dt} = -\frac{d(B \cdot S \cdot \cos(\omega t))}{dt} = B \cdot S \cdot \omega \cdot \sin(\omega t)$

Как видно из формулы, ЭДС индукции изменяется по синусоидальному закону. Это означает, что ее величина и направление периодически меняются. Если цепь замкнута, то эта ЭДС создает в ней переменный электрический ток. Таким образом, механическая энергия вращения преобразуется в электрическую энергию переменного тока.

Ответ: Работа генераторов переменного тока основана на явлении электромагнитной индукции, которое заключается в возникновении ЭДС в проводящем контуре при изменении пронизывающего его магнитного потока.