Номер 2, страница 30 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

2. На каком явлении основан принцип работы генератора переменного тока?

2. Решение

Принцип работы генератора переменного тока основан на явлении электромагнитной индукции. Суть этого явления заключается в возникновении электродвижущей силы (ЭДС) в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

В простейшей модели генератора проводящая рамка (ротор) вращается в постоянном магнитном поле, создаваемом магнитом (статором). При вращении рамки изменяется угол между плоскостью рамки и линиями магнитной индукции, что приводит к изменению магнитного потока $ \Phi_B $ через эту рамку. Магнитный поток определяется формулой: $ \Phi_B = B \cdot S \cdot \cos(\alpha) $, где $\text{B}$ – индукция магнитного поля, $\text{S}$ – площадь рамки, а $ \alpha $ – угол между вектором магнитной индукции и нормалью (перпендикуляром) к плоскости рамки.

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

$ E = -\frac{d\Phi_B}{dt} $

При равномерном вращении рамки с угловой скоростью $ \omega $, угол $ \alpha $ изменяется со временем по закону $ \alpha = \omega t $. Тогда ЭДС, индуцируемая в рамке, будет изменяться по гармоническому (синусоидальному или косинусоидальному) закону:

$ E = B \cdot S \cdot \omega \cdot \sin(\omega t) $

Эта периодически изменяющаяся ЭДС и создает в электрической цепи, к которой подключен генератор, переменный электрический ток. Таким образом, механическая энергия, затрачиваемая на вращение рамки, преобразуется в электрическую энергию переменного тока.

Ответ: Принцип работы генератора переменного тока основан на явлении электромагнитной индукции.