Номер 1, страница 85 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Минькова, Иванова

1. В соответствии с заданием, был проведен обзор содержания параграфов § 38-41, которые, как правило, в курсе физики посвящены теме "Электромагнитные явления". Ниже представлено краткое изложение ключевых положений этих параграфов.

§ 38. Магнитное поле катушки с током. Электромагниты.

Этот параграф рассматривает магнитное поле, создаваемое катушкой с электрическим током (соленоидом). Когда по виткам катушки протекает ток, внутри и вокруг нее возникает магнитное поле, которое значительно сильнее поля одного прямого проводника. Линии магнитной индукции внутри соленоида параллельны друг другу, что указывает на однородность поля. Направление линий можно определить с помощью правила правой руки (правила буравчика): если обхватить катушку ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены по току в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитной индукции внутри катушки (направление на северный полюс).

Электромагнит — это устройство, состоящее из катушки и железного сердечника, вставленного внутрь нее. Железный сердечник, являясь ферромагнетиком, многократно усиливает магнитное поле катушки. Электромагниты обладают важным свойством: они создают магнитное поле только при прохождении тока и теряют магнитные свойства при его отключении. Это позволяет управлять магнитным полем. Сила электромагнита зависит от силы тока в обмотке, числа витков и наличия/свойств сердечника. Электромагниты широко применяются в технике: в электромагнитных реле, электрических звонках, грузоподъемных кранах, ускорителях частиц.

§ 39. Действие магнитного поля на проводник с током. Электрический двигатель.

В данном параграфе описывается силовое действие магнитного поля на проводник, по которому течет электрический ток. На такой проводник действует сила Ампера. Величина этой силы $F_A$ пропорциональна силе тока $\text{I}$ в проводнике, длине активной части проводника $\text{l}$, модулю вектора магнитной индукции $\text{B}$ и синусу угла $\alpha$ между направлением тока и вектором магнитной индукции: $F_A = I \cdot B \cdot l \cdot \sin{\alpha}$. Направление силы Ампера определяется с помощью правила левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по току, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление действующей силы.

Это явление лежит в основе работы электрического двигателя — устройства, преобразующего электрическую энергию в механическую. Простейший двигатель состоит из рамки (якоря), способной вращаться в магнитном поле, создаваемом статором (постоянным магнитом или электромагнитом). При пропускании тока через рамку на ее противоположные стороны начинают действовать силы Ампера, направленные в противоположные стороны. Эта пара сил создает вращающий момент, заставляющий рамку поворачиваться. Для непрерывного вращения используется коллектор — специальное устройство, которое меняет направление тока в рамке каждый раз, когда она проходит положение равновесия.

§ 40. Явление электромагнитной индукции.

Этот параграф посвящен одному из фундаментальных явлений в электродинамике, открытому Майклом Фарадеем в 1831 году — явлению электромагнитной индукции. Суть явления заключается в возникновении электрического тока (индукционного тока) в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

Магнитный поток $\Phi$ через поверхность площадью $\text{S}$ определяется как $\Phi = B \cdot S \cdot \cos{\alpha}$, где $\text{B}$ — модуль магнитной индукции, а $\alpha$ — угол между вектором индукции и нормалью к поверхности. Изменение магнитного потока может быть вызвано:

– изменением величины магнитной индукции (например, при приближении/удалении магнита);

– изменением площади контура;

– изменением ориентации контура в магнитном поле (его вращением).

Возникающая при этом ЭДС индукции, согласно закону Фарадея, пропорциональна скорости изменения магнитного потока: $\mathcal{E}_i = - \frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$. Знак "минус" отражает правило Ленца: индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.

§ 41. Получение переменного электрического тока. Генератор переменного тока.

На основе явления электромагнитной индукции работают генераторы электрического тока — устройства, преобразующие механическую энергию в электрическую. В этом параграфе рассматривается принцип действия генератора переменного тока.

Простейшая модель генератора — это проводящая рамка, вращающаяся в однородном магнитном поле с постоянной угловой скоростью $\omega$. При вращении рамки угол между вектором магнитной индукции и нормалью к рамке постоянно изменяется. Следовательно, изменяется и магнитный поток, пронизывающий рамку. Это изменение потока, согласно закону электромагнитной индукции, приводит к возникновению в рамке ЭДС индукции и, если цепь замкнута, индукционного тока.

Магнитный поток изменяется по закону косинуса: $\Phi(t) = B \cdot S \cdot \cos(\omega t)$. ЭДС индукции является производной от потока со знаком минус, поэтому она изменяется по закону синуса: $\mathcal{E}(t) = \mathcal{E}_{max} \cdot \sin(\omega t)$, где $\mathcal{E}_{max} = B \cdot S \cdot \omega \cdot N$ — амплитудное значение ЭДС (N — число витков в рамке). Ток, возникающий под действием такой ЭДС, называется переменным синусоидальным током, так как его величина и направление периодически изменяются. Концы обмотки ротора через контактные кольца и щетки подключаются к внешней цепи. В промышленных генераторах, наоборот, чаще вращается магнит (ротор), а обмотки, в которых наводится ЭДС, неподвижны (статор).

Ответ: В параграфах § 38-41 рассмотрены ключевые аспекты электромагнетизма: создание магнитных полей катушками с током и устройство электромагнитов (§ 38), силовое действие магнитного поля на ток, лежащее в основе электродвигателей (§ 39), фундаментальное явление электромагнитной индукции (§ 40) и его практическое применение для генерации переменного электрического тока (§ 41).