Ответьте на вопросы, страница 25 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Какой метод изменения магнитного потока используют в индукционных генераторах?
Назовите способы изменения магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур.

2. Почему в технике используют только один из названных методов изменения магнитного потока?

3. Какой метод изменения магнитного потока изображен на рисунке 15?

Рис. 15. Изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, $\vec{n}$ нормаль к плоскости рамки

1. Магнитный поток $\Phi$, пронизывающий замкнутый контур, определяется формулой $\Phi = B S \cos\alpha$, где $\text{B}$ — модуль индукции магнитного поля, $\text{S}$ — площадь контура, а $\alpha$ — угол между вектором магнитной индукции $\vec{B}$ и нормалью $\vec{n}$ к плоскости контура. Исходя из этой формулы, существует три способа изменения магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур:
1. Изменение модуля индукции магнитного поля $\text{B}$ (например, путем изменения силы тока в электромагните, создающем поле).
2. Изменение площади контура $\text{S}$, охватываемой магнитным полем (например, путем деформации контура).
3. Изменение ориентации контура относительно линий магнитной индукции, то есть изменение угла $\alpha$ (например, путем вращения контура в магнитном поле).
В индукционных генераторах используют третий способ — вращение проводящей рамки (ротора) в магнитном поле, создаваемом статором (или наоборот, вращение магнитов ротора относительно неподвижных обмоток статора). Это позволяет непрерывно и периодически изменять угол $\alpha$ и, следовательно, получать переменную ЭДС индукции.

Ответ: В индукционных генераторах используют метод изменения угла между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости контура путем его вращения. Существуют три способа изменения магнитного потока: изменение величины магнитной индукции $\text{B}$, изменение площади контура $\text{S}$ и изменение угла $\alpha$ между вектором индукции и нормалью к контуру.

2. В технике для генерации электроэнергии используется преимущественно метод вращения, так как он является наиболее практичным, надежным и эффективным для непрерывной работы.
Другие методы имеют существенные недостатки. Изменение величины магнитного поля $\text{B}$ требует постоянного изменения тока в мощных электромагнитах, что связано со значительными потерями энергии на нагрев (джоулево тепло) и технически сложно для реализации плавного периодического изменения. Изменение площади контура $\text{S}$ путем его механической деформации привело бы к быстрой усталости материала, износу и разрушению конструкции, что делает этот способ непригодным для долговечной и надежной работы генератора.
Вращение же жесткой конструкции (ротора) в магнитном поле — это хорошо отработанный инженерный процесс, позволяющий эффективно преобразовывать механическую энергию (например, от турбины) в электрическую с минимальными потерями и высокой надежностью.

Ответ: Метод вращения контура в магнитном поле является наиболее простым с конструктивной точки зрения, надежным и энергетически эффективным для непрерывной генерации электроэнергии в промышленных масштабах по сравнению с методами изменения величины магнитного поля или площади контура.

3. На рисунке 15 показана проводящая рамка (замкнутый контур), вращающаяся с угловой скоростью $\omega$ в однородном магнитном поле с индукцией $\vec{B}$. Вращение рамки приводит к непрерывному изменению угла $\phi$ между вектором нормали к плоскости рамки $\vec{n}$ и вектором магнитной индукции $\vec{B}$. Поскольку магнитный поток определяется как $\Phi = B S \cos\phi$, изменение этого угла во времени вызывает изменение магнитного потока, пронизывающего контур. Именно этот принцип и лежит в основе работы индукционных генераторов.

Ответ: На рисунке изображен метод изменения магнитного потока путем вращения замкнутого контура в магнитном поле, что приводит к изменению угла между нормалью к плоскости контура и вектором магнитной индукции.