Номер 2, страница 157, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Электромагнитные явления. Параграф 85. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 2, страница 157.

Условие.

• Применение электромагнитной индукции.

Решение.

Явление электромагнитной индукции — это возникновение электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. Это явление, открытое Майклом Фарадеем, лежит в основе работы огромного количества современных устройств. Математически закон электромагнитной индукции Фарадея выражается формулой, связывающей электродвижущую силу (ЭДС) индукции $ \mathcal{E} $ и скорость изменения магнитного потока $ \Phi_B $: $ \mathcal{E} = - \frac{d\Phi_B}{dt} $. Знак "минус" отражает правило Ленца, согласно которому индукционный ток всегда имеет такое направление, что он своим магнитным полем противодействует изменению магнитного потока, вызвавшему этот ток. Ниже рассмотрены ключевые области применения этого фундаментального физического явления.

Генераторы электрического тока

Это одно из важнейших применений электромагнитной индукции. Электрические генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую. В их основе лежит вращение рамки из проводника (ротора) в магнитном поле, создаваемом статором. При вращении рамки угол между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости рамки постоянно меняется, что приводит к изменению магнитного потока через рамку. Это изменяющееся магнитное поле индуцирует в рамке ЭДС и, как следствие, переменный электрический ток. На этом принципе работают все электростанции: гидроэлектростанции, тепловые, атомные и ветряные.

Ответ: Генераторы используют электромагнитную индукцию для преобразования механической энергии вращения в электрическую путем создания ЭДС в проводниках, движущихся в магнитном поле.

Трансформаторы

Трансформаторы — это устройства для повышения или понижения напряжения переменного тока. Они состоят из двух (или более) катушек (обмоток), намотанных на общий замкнутый магнитопровод (сердечник). Переменный ток, протекающий по первичной обмотке, создает в сердечнике переменный магнитный поток. Этот магнитный поток, пронизывая витки вторичной обмотки, индуцирует в ней ЭДС. Соотношение напряжений на обмотках примерно равно соотношению числа витков в них: $ \frac{U_2}{U_1} \approx \frac{N_2}{N_1} $. Трансформаторы играют ключевую роль в системах передачи и распределения электроэнергии.

Ответ: Трансформаторы изменяют напряжение переменного тока благодаря явлению взаимной индукции: переменное магнитное поле, созданное первичной обмоткой, индуцирует ЭДС во вторичной обмотке.

Индукционные плиты

В индукционных варочных панелях под стеклокерамической поверхностью расположена медная катушка. Проходящий через нее переменный ток высокой частоты (20–100 кГц) создает переменное магнитное поле. Когда на плиту ставится посуда из ферромагнитного материала, это поле индуцирует в ее дне мощные вихревые токи (токи Фуко). Эти токи, протекая по материалу дна, обладающему электрическим сопротивлением, нагревают его согласно закону Джоуля — Ленца. Сама поверхность плиты при этом почти не нагревается.

Ответ: Индукционные плиты используют переменное магнитное поле для создания вихревых токов в дне металлической посуды, которые нагревают ее за счет электрического сопротивления материала.

Металлодетекторы

Металлодетектор содержит передающую катушку, которая генерирует переменное магнитное поле. Когда вблизи прибора оказывается металлический предмет, это поле индуцирует в нем вихревые токи. Эти токи, в свою очередь, создают собственное, вторичное магнитное поле. Приемная катушка металлодетектора улавливает это вторичное поле, что приводит к генерации электрического сигнала, который оповещает пользователя о находке (например, звуковым сигналом).

Ответ: Металлодетекторы работают, обнаруживая вторичное магнитное поле, создаваемое вихревыми токами, которые индуцируются в металлическом объекте первичным полем прибора.

Динамические микрофоны и звукосниматели электрогитар

В динамическом микрофоне мембрана соединена с катушкой, расположенной в поле постоянного магнита. Звуковые волны заставляют мембрану и катушку колебаться. Движение катушки в магнитном поле приводит к изменению магнитного потока через ее витки, что индуцирует в ней электрический ток, полностью повторяющий форму звуковых колебаний. Похожий принцип используется в электромагнитных звукоснимателях электрогитар: колеблющаяся над датчиком металлическая струна изменяет магнитное поле постоянного магнита, что вызывает индукционный ток в катушке.

Ответ: В динамических микрофонах и звукоснимателях механические колебания преобразуются в электрический сигнал благодаря возникновению ЭДС индукции в катушке, движущейся относительно постоянного магнита.

Беспроводная зарядка

Технология беспроводной зарядки (например, стандарта Qi) основана на принципе электромагнитной индукции. Зарядная станция содержит передающую катушку, а заряжаемое устройство — приемную. Переменный ток в передающей катушке создает переменное магнитное поле. Когда устройство находится на зарядной станции, это поле пронизывает приемную катушку и индуцирует в ней переменный ток, который затем выпрямляется и используется для зарядки аккумулятора. По сути, это трансформатор с воздушным сердечником.

Ответ: Беспроводная зарядка передает энергию от зарядной станции к устройству без проводов за счет электромагнитной индукции между двумя катушками.