Номер 2, страница 28 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

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

2. Принцип работы генератора переменного тока основан на явлении электромагнитной индукции. Это явление было открыто английским физиком Майклом Фарадеем в 1831 году.

Суть явления электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Величина возникающей электродвижущей силы (ЭДС) индукции, согласно закону Фарадея, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

В генераторе переменного тока этот принцип реализуется следующим образом:

1. Основными частями генератора являются статор (неподвижная часть, создающая магнитное поле, обычно с помощью постоянных магнитов или электромагнитов) и ротор (вращающаяся часть, состоящая из одной или нескольких катушек с проводом).

2. Ротор приводится во вращение в магнитном поле статора с помощью внешней механической силы (например, турбиной на электростанции).

3. При вращении катушки изменяется угол между ее плоскостью и линиями магнитной индукции. Это приводит к непрерывному изменению магнитного потока ($ \Phi $), пронизывающего витки катушки. Магнитный поток для одного витка определяется формулой: $ \Phi = B \cdot S \cdot \cos(\alpha) $, где $\text{B}$ – индукция магнитного поля, $\text{S}$ – площадь витка, а $ \alpha $ – угол между вектором магнитной индукции и нормалью (перпендикуляром) к плоскости витка.

4. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменение магнитного потока во времени ($ \frac{d\Phi}{dt} $) наводит в катушке ЭДС индукции ($ \mathcal{E} $). Для катушки, состоящей из $\text{N}$ витков и вращающейся с постоянной угловой скоростью $ \omega $, угол $ \alpha $ изменяется по закону $ \alpha = \omega t $. Тогда ЭДС индукции описывается выражением:
$ \mathcal{E} = -N \frac{d\Phi}{dt} = -N \frac{d(B \cdot S \cdot \cos(\omega t))}{dt} = N \cdot B \cdot S \cdot \omega \cdot \sin(\omega t) $.

5. Как видно из формулы, наведенная ЭДС изменяется по синусоидальному закону. Это означает, что ее величина и направление периодически меняются с течением времени. Когда концы обмотки ротора подключены к внешней цепи, эта переменная ЭДС создает в ней переменный электрический ток, который также изменяется по синусоидальному закону.

Таким образом, в генераторе происходит преобразование механической энергии вращения в электрическую энергию переменного тока благодаря явлению электромагнитной индукции.

Ответ: Принцип работы генератора переменного тока основан на явлении электромагнитной индукции, то есть на возникновении переменной ЭДС в проводящей катушке при изменении магнитного потока, пронизывающего ее во время вращения в магнитном поле.