Номер 3, страница 77 - гдз по физике 8 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 3. Электромагнитные явления. Самостоятельные работы. СР-59. Явление электромагнитной индукции. Вариант 2 - номер 3, страница 77.

Условие.

3. Какие технические устройства были созданы на основе применения явления электромагнитной индукции?

Решение.

Явление электромагнитной индукции, открытое Майклом Фарадеем в 1831 году, лежит в основе работы огромного количества технических устройств, которые преобразуют один вид энергии в другой. Суть явления заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Математически это выражается законом Фарадея: $ \mathcal{E} = - \frac{d\Phi_B}{dt} $, где $ \mathcal{E} $ – электродвижущая сила (ЭДС) индукции, а $ \frac{d\Phi_B}{dt} $ – скорость изменения магнитного потока.

Ниже перечислены основные технические устройства, созданные на основе этого принципа.

Генераторы электрического тока
Электрические генераторы (например, динамо-машины или генераторы на электростанциях) преобразуют механическую энергию вращения в электрическую. В их конструкции рамка из проводника (ротор) вращается в магнитном поле, создаваемом постоянными магнитами или электромагнитами (статором). При вращении рамки изменяется магнитный поток, пронизывающий её, что приводит к возникновению индукционной ЭДС и, как следствие, электрического тока в цепи. Это основной способ производства электроэнергии в мире.
Ответ: Генераторы электрического тока используют явление электромагнитной индукции для преобразования механической энергии в электрическую.

Трансформаторы
Трансформаторы служат для повышения или понижения напряжения переменного тока. Устройство состоит 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 переменный поток пронизывает витки вторичной обмотки и индуцирует в ней переменную ЭДС. Соотношение напряжений на обмотках примерно равно соотношению числа витков в них.
Ответ: Трансформаторы изменяют напряжение переменного тока за счет индукции ЭДС во вторичной обмотке переменным магнитным потоком, создаваемым первичной обмоткой.

Асинхронные электродвигатели
В асинхронных (индукционных) двигателях переменный ток, подаваемый на обмотки статора, создает вращающееся магнитное поле. Это поле пронизывает проводники короткозамкнутого ротора (часто в виде "беличьей клетки") и индуцирует в них ток. Взаимодействие индуцированных токов с вращающимся магнитным полем статора создает вращающий момент, который приводит ротор в движение.
Ответ: Асинхронные двигатели работают благодаря токам, индуцированным в роторе вращающимся магнитным полем статора.

Индукционные плиты
Под стеклокерамической поверхностью индукционной плиты расположена катушка индуктивности. Протекающий по ней высокочастотный переменный ток (20-100 кГц) создает переменное магнитное поле. Это поле проникает в дно металлической посуды, установленной на плиту, и индуцирует в нем мощные вихревые токи (токи Фуко). Эти токи, протекая по металлу с определенным сопротивлением, нагревают его по закону Джоуля-Ленца, что и приводит к приготовлению пищи.
Ответ: Индукционные плиты используют вихревые токи, наведенные переменным магнитным полем в дне посуды, для ее нагрева.

Металлодетекторы
Металлодетектор содержит передающую катушку, которая создает переменное магнитное поле. Если вблизи оказывается металлический предмет, это поле индуцирует в нем вихревые токи. Вихревые токи, в свою очередь, создают собственное, более слабое переменное магнитное поле. Это вторичное поле улавливается приемной катушкой металлодетектора, и электронная схема сигнализирует о наличии металла.
Ответ: Металлодетекторы обнаруживают металл по вторичному магнитному полю, созданному вихревыми токами, которые были индуцированы в металлическом объекте полем самого детектора.

Динамические микрофоны и электромагнитные звукосниматели
В динамическом микрофоне звуковые волны колеблют мембрану, с которой жестко связана катушка, находящаяся в поле постоянного магнита. Перемещение катушки в магнитном поле вызывает изменение магнитного потока через нее и индуцирует ЭДС, форма которой повторяет форму звукового сигнала. В электромагнитных звукоснимателях (например, на электрогитарах) колеблющаяся над постоянным магнитом металлическая струна изменяет магнитное поле, что индуцирует ток в катушке, намотанной вокруг магнита.
Ответ: Динамические микрофоны и звукосниматели преобразуют механические колебания (звука или струны) в электрический сигнал с помощью электромагнитной индукции.

Системы беспроводной зарядки
Устройства для беспроводной зарядки (например, по стандарту Qi) работают по принципу индукционной передачи энергии. Передающая катушка в зарядной станции создает переменное магнитное поле. Приемная катушка в гаджете (смартфоне, часах) попадает в это поле. Изменение магнитного потока индуцирует в приемной катушке переменный ток, который затем выпрямляется и используется для зарядки аккумулятора.
Ответ: Беспроводная зарядка передает энергию от зарядной станции к устройству посредством электромагнитной индукции между двумя катушками.