Номер 3.13, страница 53 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Основы электродинамики. Глава 3. Электромагнетизм. Магнитное поле тока. Магнитная индукция - номер 3.13, страница 53.

Условие.

3.13. На рисунке 3.7 показана схема устройства громкоговорителя. а) Объясните назначение основных элементов и принцип действия. б) Может ли громкоговоритель функционировать в качестве микрофона?

Рис. 3.7

Решение.

а)

Основные элементы громкоговорителя, показанные на схеме, и их назначение:
- Магнит: Обычно это сильный постоянный магнит, который создает постоянное радиальное магнитное поле в кольцевом зазоре магнитной системы.
- Звуковая катушка: Катушка из тонкого провода, которая помещена в зазор магнитной системы и может свободно перемещаться в нем. Она жестко соединена с мембраной. На эту катушку подается переменный электрический ток, представляющий собой аудиосигнал.
- Мембрана (диффузор): Легкий, но жесткий конус (обычно из бумаги, пластика или других материалов), который своей большой площадью эффективно передает колебания от звуковой катушки окружающему воздуху.

Принцип действия громкоговорителя основан на силовом воздействии магнитного поля на проводник с током (сила Ампера).
1. От усилителя на звуковую катушку поступает переменный электрический ток, частота и амплитуда которого соответствуют звуковому сигналу.
2. Поскольку катушка с током находится в магнитном поле, на нее начинает действовать сила Ампера. Направление этой силы перпендикулярно и направлению тока, и линиям магнитной индукции.
3. Так как ток в катушке переменный, сила Ампера также постоянно меняет свою величину и направление, заставляя катушку совершать колебания вдоль оси магнита.
4. Вместе с катушкой колеблется и прикрепленный к ней диффузор. Колебания диффузора создают в прилегающем слое воздуха области сжатия и разрежения, которые распространяются в пространстве в виде звуковых волн.
Таким образом, происходит преобразование энергии электрических колебаний в энергию звуковых волн.

Ответ: Громкоговоритель преобразует электрический сигнал в звук. Это происходит благодаря силе Ампера, которая заставляет звуковую катушку с переменным током колебаться в поле постоянного магнита; эти колебания передаются диффузору, который создает звуковые волны в воздухе.

б)

Да, громкоговоритель может функционировать в качестве микрофона. Это свойство называется обратимостью электроакустических преобразователей. Принцип работы в этом режиме является обратным принципу работы громкоговорителя и основан на явлении электромагнитной индукции.
1. Звуковые волны (колебания давления воздуха) попадают на диффузор и заставляют его колебаться с частотой звука.
2. Диффузор, в свою очередь, приводит в движение жестко связанную с ним звуковую катушку.
3. При движении катушки в магнитном поле постоянного магнита ее витки пересекают линии магнитной индукции. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в катушке возникает электродвижущая сила (ЭДС индукции).
4. В результате на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение, частота и форма которого повторяют частоту и форму воздействующих звуковых волн. Этот электрический сигнал можно усилить и записать.
Таким образом, громкоговоритель выполняет функцию динамического микрофона, преобразуя энергию звуковых колебаний в энергию электрического сигнала. Однако стоит отметить, что из-за конструктивных особенностей (массивная мембрана и катушка, рассчитанные на большую мощность) такой микрофон будет обладать низкой чувствительностью и невысоким качеством звукопередачи по сравнению со специализированными устройствами.

Ответ: Да, может. Конструкция динамического громкоговорителя практически идентична конструкции динамического микрофона, поэтому он может работать по обратному принципу, преобразуя звуковые колебания в электрический сигнал благодаря явлению электромагнитной индукции.