Номер 826, страница 131 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитные явления. Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца - номер 826, страница 131.

Условие.

► 826. В генераторах переменного тока напряжение обычно создаётся в неподвижной обмотке, а магнитное поле вращается (рис. 200). а) Почему появляется ток в обмотке, хотя она неподвижна? б) Почему обмотка надевается на сердечник из мягкой стали?

Рис. 200

Решение.

а) Ток в неподвижной обмотке появляется в соответствии с явлением электромагнитной индукции. Суть этого явления заключается в том, что в любом замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур, возникает электрический ток. В рассматриваемой конструкции генератора вращается магнит, создавая вокруг себя переменное магнитное поле. Это переменное поле пронизывает неподвижную обмотку, из-за чего магнитный поток $Φ$ через витки обмотки непрерывно изменяется во времени. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в обмотке наводится электродвижущая сила (ЭДС), величина которой прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока: $ε = - \frac{ΔΦ}{Δt}$. Эта ЭДС и является причиной возникновения индукционного тока в замкнутой цепи обмотки. Таким образом, для возникновения тока не обязательно движение самого проводника, достаточно изменения магнитного поля вокруг него.
Ответ: Ток в неподвижной обмотке возникает из-за изменения магнитного потока, создаваемого вращающимся магнитом, что приводит к возникновению ЭДС индукции согласно закону электромагнитной индукции.

б) Обмотка надевается на сердечник из мягкой стали для усиления магнитного поля и, как следствие, увеличения вырабатываемой ЭДС. Мягкая сталь — это ферромагнитный материал, обладающий высокой магнитной проницаемостью. Такой сердечник, помещенный в магнитное поле, концентрирует в себе линии магнитной индукции. В результате магнитный поток $Φ$, пронизывающий витки обмотки, многократно увеличивается по сравнению с потоком в отсутствие сердечника. Так как индуцируемая ЭДС $ε$ прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока ($ε = - N \frac{ΔΦ}{Δt}$, где $\text{N}$ — число витков), увеличение потока $Φ$ приводит к значительному росту ЭДС и мощности генератора. Свойство стали быть "мягкой" (магнитомягкой) означает, что она легко намагничивается и размагничивается. Это критически важно для генератора переменного тока, где направление магнитного поля постоянно меняется, поскольку это минимизирует потери энергии на перемагничивание (гистерезис) и повышает эффективность (КПД) устройства.
Ответ: Сердечник из мягкой стали используется для многократного усиления магнитного потока через обмотку, что позволяет получить значительно большую ЭДС. Свойство "мягкости" стали необходимо для уменьшения потерь энергии при перемагничивании в переменном магнитном поле.