Номер 1, страница 161, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава IV. Электромагнитные явления. Параграф 26. Производство и передача электроэнергии - номер 1, страница 161.

Условие.

1. Объясните, почему при вращении рамки в ней возникает индукционный ток.

Решение.

1. Возникновение индукционного тока в рамке при ее вращении в магнитном поле объясняется явлением электромагнитной индукции. Этот процесс можно разложить на несколько ключевых этапов:

1. Магнитный поток. Физическая величина, называемая магнитным потоком ($ \Phi $), характеризует число линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность, ограниченную контуром (рамкой). Магнитный поток вычисляется по формуле: $ \Phi = B \cdot S \cdot \cos(\alpha) $, где $ B $ – модуль индукции магнитного поля, $ S $ – площадь рамки, а $ \alpha $ – угол между направлением линий магнитного поля и нормалью (перпендикуляром) к плоскости рамки.

2. Изменение магнитного потока при вращении. Когда рамка вращается в магнитном поле, угол $ \alpha $ между нормалью к её плоскости и вектором магнитной индукции непрерывно изменяется. Изменение угла $ \alpha $ приводит к изменению значения $ \cos(\alpha) $, и, как следствие, к изменению во времени магнитного потока $ \Phi $, пронизывающего рамку.

3. Закон электромагнитной индукции. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, всякий раз, когда изменяется магнитный поток через замкнутый проводящий контур, в этом контуре возникает электродвижущая сила (ЭДС индукции). Величина этой ЭДС ($ \mathcal{E}_i $) прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока: $ \mathcal{E}_i = - \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} $.

4. Появление индукционного тока. Возникшая в рамке ЭДС индукции заставляет свободные носители заряда (электроны в металлическом проводнике) двигаться упорядоченно. Это упорядоченное движение заряженных частиц и есть индукционный электрический ток. Его сила, согласно закону Ома для полной цепи, равна $ I_i = \frac{\mathcal{E}_i}{R} $, где $ R $ – сопротивление рамки.

Таким образом, механическое вращение рамки в магнитном поле преобразуется в электрическую энергию за счет постоянного изменения магнитного потока, что является фундаментальным принципом работы электрогенераторов.

Ответ: При вращении рамки в магнитном поле изменяется угол между плоскостью рамки и линиями магнитной индукции. Это приводит к непрерывному изменению магнитного потока, пронизывающего рамку. В соответствии с законом электромагнитной индукции, изменение магнитного потока через замкнутый контур порождает в нем электродвижущую силу (ЭДС), которая, в свою очередь, создает индукционный ток.