Номер 3.79, страница 65 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Основы электродинамики. Глава 3. Электромагнетизм. Электромагнитная индукция - номер 3.79, страница 65.

Условие.

3.79. На рисунке 3.32 показана схема устройства микрофона.

а) Объясните назначение основных элементов и принцип действия прибора.

б) Может ли микрофон функционировать в качестве громкоговорителя?

Рис. 3.32

Решение.

а) На рисунке показана схема электродинамического микрофона. Его основные элементы и их назначение:

- Мембрана — это тонкая и гибкая пластина. Ее назначение — улавливать звуковые волны. Под действием звукового давления (колебаний воздуха) мембрана начинает колебаться с той же частотой, что и звуковая волна.
- Катушка — это катушка из тонкого провода, жестко соединенная с мембраной. Она находится в зазоре постоянного магнита и колеблется вместе с мембраной.
- Магнит — это постоянный магнит (обычно кольцевой), создающий постоянное магнитное поле, в котором движется катушка.

Принцип действия микрофона основан на явлении электромагнитной индукции. Когда звуковые волны заставляют мембрану и связанную с ней катушку колебаться, катушка пересекает силовые линии магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом. В результате этого в катушке индуцируется электродвижущая сила (ЭДС), величина и частота которой соответствуют амплитуде и частоте звуковых колебаний. Таким образом, звуковые колебания преобразуются в электрический сигнал (переменный ток), который затем можно усилить и записать. Закон электромагнитной индукции Фарадея гласит, что ЭДС индукции $ \mathcal{E}_{i} $ в контуре пропорциональна скорости изменения магнитного потока $ \Phi $ через этот контур: $ \mathcal{E}_{i} = - \frac{d\Phi}{dt} $.

Ответ: Основные элементы микрофона — мембрана, катушка и магнит. Принцип действия основан на явлении электромагнитной индукции: звуковые волны вызывают колебания мембраны с катушкой в магнитном поле, что приводит к возникновению в катушке электрического сигнала, повторяющего форму звуковых волн.

б) Да, микрофон, показанный на схеме (электродинамический микрофон), может функционировать в качестве громкоговорителя, так как его конструкция принципиально не отличается от конструкции электродинамического громкоговорителя. Это свойство называется обратимостью.

Принцип действия в этом случае будет обратным. Если к выводам катушки микрофона подвести переменный электрический ток от усилителя (аудиосигнал), то на витки катушки, находящиеся в магнитном поле, будет действовать сила Ампера. Величина и направление этой силы будут изменяться в соответствии с изменениями тока. Под действием этой переменной силы катушка вместе с мембраной начнет колебаться. Колебания мембраны будут создавать в окружающем воздухе звуковые волны, которые мы и воспринимаем как звук. Сила, действующая на элемент провода с током, описывается выражением $ d\vec{F} = I (d\vec{l} \times \vec{B}) $.

Однако стоит отметить, что микрофон не предназначен для работы в качестве громкоговорителя. Его мембрана и катушка имеют малый размер и массу для обеспечения высокой чувствительности к слабым звуковым колебаниям. Поэтому при использовании в качестве громкоговорителя он будет воспроизводить очень тихий звук и, скорее всего, с искажениями. Попытка подать на него большую мощность может повредить катушку.

Ответ: Да, может, так как конструкция динамического микрофона обратима и аналогична конструкции динамического громкоговорителя. При подаче на катушку электрического сигнала она будет колебаться в магнитном поле и создавать звук с помощью мембраны.