Номер 825, страница 131 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитные явления. Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца - номер 825, страница 131.

Условие.

► 825. Индукционные токи широко используются в технике. Объясните, как работает устройство для торможения стрелок в измерительных приборах (рис. 199, а), измерительные клещи для определения силы тока в проводах без их разрыва (рис. 199, б).

Рис. 199

Решение.

Устройство для торможения стрелок в измерительных приборах (рис. 199, а)

Данное устройство представляет собой электромагнитный демпфер (успокоитель). Его работа основана на явлении электромагнитной индукции и правиле Ленца. К оси, на которой закреплена стрелка измерительного прибора, прикреплена легкая металлическая (обычно алюминиевая) пластина. Эта пластина помещается в зазор между полюсами сильного постоянного магнита.

Когда стрелка прибора колеблется, вместе с ней движется и металлическая пластина в магнитном поле. При движении пластины изменяется магнитный поток, пронизывающий ее различные участки. Это приводит к возникновению в пластине индукционных вихревых токов, называемых токами Фуко.

Согласно правилу Ленца, магнитное поле, создаваемое этими вихревыми токами, взаимодействует с полем постоянного магнита таким образом, что возникает сила, противодействующая движению пластины. Эта сила является тормозящей, и ее величина пропорциональна скорости движения пластины. Чем быстрее движется стрелка, тем больше сила торможения. В результате этого взаимодействия колебания стрелки быстро затухают, и она устанавливается на значении измеряемой величины.

Ответ: Работа устройства для торможения стрелок основана на возникновении индукционных вихревых токов (токов Фуко) в металлической пластине, движущейся в поле постоянного магнита. Взаимодействие этих токов с магнитным полем создает тормозящую силу, которая быстро гасит колебания стрелки.

Измерительные клещи для определения силы тока в проводах без их разрыва (рис. 199, б)

Измерительные клещи (или токоизмерительные клещи) работают по принципу трансформатора тока. Провод, в котором измеряется переменный ток, выполняет роль первичной обмотки, состоящей из одного витка ($N_1 = 1$).

Клещи имеют разъемный магнитопровод из ферромагнитного материала, который охватывает проводник. На этом магнитопроводе намотана вторичная обмотка, содержащая большое число витков ($N_2$), к которой подключен амперметр.

Переменный ток $I_1$, протекающий по проводу (первичной обмотке), создает в окружающем пространстве переменное магнитное поле. Магнитопровод концентрирует и направляет магнитный поток этого поля через витки вторичной обмотки. Изменение магнитного потока во вторичной обмотке, согласно закону электромагнитной индукции, создает в ней индукционную ЭДС и, как следствие, переменный индукционный ток $I_2$.

Для трансформатора справедливо соотношение: $\frac{I_1}{I_2} \approx \frac{N_2}{N_1}$. Поскольку число витков первичной обмотки $N_1 = 1$, сила тока в проводе будет равна $I_1 \approx I_2 \cdot N_2$. Амперметр, подключенный ко вторичной обмотке, измеряет силу тока $I_2$. Зная количество витков $N_2$ вторичной обмотки (которое является постоянной величиной для данного прибора), можно определить искомую силу тока $I_1$ в проводе. Шкала амперметра сразу градуируется в значениях тока $I_1$. Данный метод применим для измерения переменного тока.

Ответ: Измерительные клещи работают как трансформатор, где провод с током является первичной обмоткой, а катушка в клещах — вторичной. Переменный ток в проводе создает переменный магнитный поток, который индуцирует ток во вторичной обмотке. Измерив этот вторичный ток, прибор вычисляет и показывает значение тока в проводе.