Номер 22.20, страница 112 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 22. Электромагнитные волны - номер 22.20, страница 112.

Условие.

22.20. Приведите примеры превращения энергии электрического или магнитного поля: в механическую энергию; во внутреннюю.

Решение.

в механическую энергию

Превращение энергии электрического или магнитного поля в механическую энергию происходит в различных устройствах и процессах, где электрические или магнитные силы совершают работу по перемещению тел.

1. Электродвигатель. Это наиболее яркий пример. В электродвигателе электрический ток, проходя по обмоткам ротора, создает магнитное поле. Взаимодействие этого поля с магнитным полем статора (создаваемым постоянными магнитами или другими обмотками) приводит к возникновению вращающего момента (силы Ампера). Этот момент заставляет ротор вращаться, совершая механическую работу. Таким образом, энергия электрического тока, переносимая электрическим полем, через магнитное поле преобразуется в механическую энергию вращения.

2. Электромагнит. При пропускании тока через катушку с сердечником (соленоид) возникает сильное магнитное поле. Это поле способно притягивать ферромагнитные объекты. Когда электромагнитный кран поднимает груз, энергия магнитного поля совершает работу против силы тяжести, превращаясь в потенциальную и кинетическую энергию груза. Подобный принцип используется в электромагнитных реле, клапанах и замках, где энергия поля преобразуется в кинетическую энергию движения якоря.

3. Ускорение заряженных частиц. Когда заряженная частица, например, электрон или протон, попадает в электрическое поле, на нее действует электрическая сила (сила Кулона). Под действием этой силы частица ускоряется, то есть ее скорость и, следовательно, кинетическая энергия увеличиваются. Работа, совершаемая электрическим полем над частицей, равна изменению ее кинетической энергии. Таким образом, энергия электрического поля напрямую переходит в механическую энергию (кинетическую энергию) частицы. Это используется в ускорителях частиц и электронно-лучевых трубках.

Ответ: Примерами превращения энергии электрического или магнитного поля в механическую являются работа электродвигателя, действие электромагнитного подъемного крана, ускорение заряженных частиц в электрическом поле.

во внутреннюю

Превращение энергии электрического или магнитного поля во внутреннюю энергию обычно проявляется как нагрев вещества.

1. Нагревание проводника током. Согласно закону Джоуля-Ленца, при прохождении электрического тока через проводник, обладающий сопротивлением, выделяется теплота. Электрическое поле ускоряет свободные электроны, которые затем сталкиваются с ионами кристаллической решетки проводника, передавая им свою энергию. Это увеличивает амплитуду колебаний ионов, что макроскопически воспринимается как повышение температуры, то есть увеличение внутренней энергии проводника. Количество теплоты определяется формулой $Q = I^2Rt$. На этом принципе основана работа всех электронагревательных приборов: электроплит, утюгов, кипятильников, ламп накаливания.

2. Индукционный нагрев. Если поместить массивный проводник в переменное магнитное поле, в нем по закону электромагнитной индукции возникают вихревые электрические токи (токи Фуко). Эти токи, протекая по проводнику, нагревают его в соответствии с тем же законом Джоуля-Ленца. Таким образом, энергия переменного магнитного поля преобразуется во внутреннюю энергию проводника. Этот метод используется в индукционных плавильных печах и бытовых индукционных плитах.

3. Нагрев диэлектриков в переменном электрическом поле. Если диэлектрик, состоящий из полярных молекул (например, вода), поместить в переменное электрическое поле высокой частоты, молекулы-диполи начнут колебаться, стремясь сориентироваться вдоль силовых линий поля. Из-за внутреннего трения эти колебания приводят к выделению тепла и росту внутренней энергии вещества. Самый известный пример — микроволновая печь, где энергия электромагнитного поля СВЧ-излучения поглощается молекулами воды в пище и превращается в тепло.

Ответ: Примерами превращения энергии электрического или магнитного поля во внутреннюю являются нагревание спирали электроплиты, индукционный нагрев металлической посуды на индукционной плите, разогрев пищи в микроволновой печи.