Номер 1, страница 80 - гдз по физике 8 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 3. Электромагнитные явления. Самостоятельные работы. СР-61. Способы получения электрической энергии. Вариант 2 - номер 1, страница 80.

Условие.

1. На каком физическом явлении основано действие электрических генераторов постоянного и переменного тока?

Решение.

Решение

Действие как генераторов постоянного, так и переменного тока основано на фундаментальном физическом явлении — электромагнитной индукции. Это явление было открыто английским физиком Майклом Фарадеем в 1831 году.

Суть явления электромагнитной индукции заключается в возникновении электродвижущей силы (ЭДС) и, как следствие, электрического тока в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего поверхность, ограниченную этим контуром.

Магнитный поток $Φ$ через поверхность площадью $\text{S}$ определяется формулой $Φ = B \cdot S \cdot \cos(α)$, где $\text{B}$ — модуль вектора магнитной индукции, а $α$ — угол между вектором магнитной индукции и нормалью (перпендикуляром) к плоскости контура.

В электрическом генераторе изменение магнитного потока достигается, как правило, за счёт механического вращения рамки с проводником (якоря) в постоянном магнитном поле или, наоборот, вращения магнита (индуктора) внутри неподвижной обмотки. В обоих случаях происходит непрерывное изменение угла $α$, что приводит к непрерывному изменению магнитного потока.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, при изменении магнитного потока в контуре индуцируется ЭДС, величина которой прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока:
$E_{i} = - \frac{ΔΦ}{Δt}$
где $E_{i}$ — ЭДС индукции, а $\frac{ΔΦ}{Δt}$ — скорость изменения магнитного потока. Знак «минус» отражает правило Ленца, согласно которому индукционный ток всегда имеет такое направление, что он своим магнитным полем противодействует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток. Эта индуцированная ЭДС и является источником электрического тока в генераторе.

Принципиальное различие между генераторами переменного и постоянного тока заключается не в явлении, лежащем в их основе, а в устройстве для съёма (отвода) сгенерированного тока.

В генераторе переменного тока в вращающейся рамке возникает переменная (синусоидальная) ЭДС. Эта ЭДС передаётся во внешнюю цепь с помощью контактных колец и щёток. В результате ток во внешней цепи также является переменным, изменяя своё направление и величину с течением времени.

В генераторе постоянного тока в вращающейся рамке также индуцируется переменная ЭДС. Однако для получения постоянного по направлению тока во внешней цепи используется специальное устройство — коллектор (коммутатор). Он представляет собой разрезанное на две (или более) изолированные друг от друга части кольцо. Коллектор механически «выпрямляет» ток, меняя подключение концов рамки к внешней цепи каждый раз, когда ЭДС в рамке меняет своё направление. В результате во внешней цепи течёт пульсирующий, но не меняющий своего направления (постоянный) ток.

Таким образом, в основе работы любого типа электрического генератора лежит преобразование механической энергии вращения в электрическую энергию посредством явления электромагнитной индукции.

Ответ: Действие электрических генераторов постоянного и переменного тока основано на явлении электромагнитной индукции.