Экспериментальное задание 25.1, страница 113 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Экспериментальное задание 25.1

Работаем самостоятельно

Получение переменного тока при вращении катушки в магнитном поле

Оборудование: катушка из медного провода, миллиамперметр, соединительные провода, два постоянных магнита.

Используя предложенное оборудование, получите переменный ток при вращении катушки в магнитном поле.

Порядок выполнения задания

1. Соедините концы обмотки катушки с клеммами миллиамперметра. Положите на стол два постоянных магнита противоположными полюсами друг к другу на расстоянии диаметра катушки (рис. 25.5).

2. Вращением провода заставьте катушку вращаться вокруг вертикальной оси в магнитном поле постоянных магнитов. Наблюдайте за показаниями миллиамперметра.

Рис. 25.5

В основе данного эксперимента лежит явление электромагнитной индукции. Оно заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

1. Соедините концы обмотки катушки с клеммами миллиамперметра. Положите на стол два постоянных магнита противоположными полюсами друг к другу на расстоянии диаметра катушки (рис. 25.5).

При выполнении этого пункта мы собираем экспериментальную установку. Катушка, представляющая собой замкнутый проводящий контур, подключается к миллиамперметру — прибору для измерения малых токов. Магниты, расположенные на столе, создают между собой магнитное поле. Катушка помещается в это поле. Пока катушка неподвижна, магнитный поток, пронизывающий ее, постоянен. Согласно закону Фарадея для электромагнитной индукции, электродвижущая сила (ЭДС) индукции возникает только при изменении магнитного потока ($ \mathcal{E}_{ind} = -\frac{\Delta\Phi}{\Delta t} $). Поскольку изменение потока равно нулю ($ \Delta\Phi = 0 $), ЭДС не возникает, и ток в цепи отсутствует. Стрелка миллиамперметра будет находиться на нулевой отметке.

Ответ: Собрана электрическая цепь, состоящая из катушки и миллиамперметра. Катушка находится в постоянном магнитном поле, но так как она неподвижна, ток в цепи отсутствует, и миллиамперметр показывает ноль.

2. Вращением провода заставьте катушку вращаться вокруг вертикальной оси в магнитном поле постоянных магнитов. Наблюдайте за показаниями миллиамперметра.

При вращении катушки в магнитном поле изменяется угол $ \alpha $ между вектором магнитной индукции $ \vec{B} $ и нормалью к плоскости катушки $ \vec{n} $. Это приводит к изменению магнитного потока $ \Phi $, пронизывающего катушку, по закону $ \Phi = B S \cos \alpha $, где $\text{S}$ — площадь контура.

Поскольку магнитный поток непрерывно изменяется, в катушке, согласно закону электромагнитной индукции, возникает индукционная ЭДС. Так как катушка подключена к миллиамперметру, образуя замкнутую цепь, по ней начинает течь индукционный ток.

Характер изменения тока будет следующим:

- Когда плоскость катушки перпендикулярна линиям магнитной индукции, магнитный поток максимален, но скорость его изменения в этот момент равна нулю. Соответственно, ЭДС и ток равны нулю.

- Когда плоскость катушки параллельна линиям магнитной индукции, магнитный поток равен нулю, но скорость его изменения в этот момент максимальна. Следовательно, ЭДС и ток в цепи достигают своего максимального (амплитудного) значения.

При дальнейшем вращении на следующие пол-оборота процесс повторяется, но при этом меняется направление, в котором изменяется поток, и, согласно правилу Ленца, направление индукционного тока меняется на противоположное.

Таким образом, при равномерном вращении катушки в ней возникает электрический ток, который периодически изменяет свое значение и направление. Такой ток называется переменным. Наблюдая за миллиамперметром, мы увидим, что его стрелка будет колебаться симметрично относительно нулевого деления, указывая на наличие в цепи переменного тока. Чем выше скорость вращения катушки, тем больше будет частота и амплитуда (максимальное значение) переменного тока.

Ответ: При вращении катушки в магнитном поле стрелка миллиамперметра колеблется в обе стороны от нулевого положения, что свидетельствует о возникновении в цепи переменного электрического тока.