Номер 3, страница 215 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

3. В чём заключается явление электромагнитной индукции?

3. В чём заключается явление электромагнитной индукции?

Явление электромагнитной индукции — это возникновение электрического тока, электрического поля или электрической поляризации в проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Это одно из фундаментальных явлений электромагнетизма, открытое английским физиком Майклом Фарадеем в 1831 году.

Суть явления заключается в том, что любое изменение магнитного поля во времени порождает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле. Если в область этого поля поместить замкнутый проводник, то свободные носители заряда в нём (электроны) придут в упорядоченное движение под действием сил этого электрического поля, создавая электрический ток. Этот ток получил название индукционного тока.

Количественно явление описывается законом электромагнитной индукции Фарадея. Согласно этому закону, электродвижущая сила (ЭДС) индукции $ \mathcal{E}_{i} $, возникающая в замкнутом контуре, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока $ \Phi $ через поверхность, ограниченную этим контуром: $$ \mathcal{E}_{i} = -\frac{d\Phi}{dt} $$ Знак «минус» в этой формуле отражает правило Ленца, согласно которому индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток. Правило Ленца является следствием закона сохранения энергии.

Изменение магнитного потока может быть вызвано различными причинами:

• изменением величины индукции магнитного поля, пронизывающего контур;
• движением контура (или его части) в постоянном магнитном поле, что приводит к изменению площади контура, охваченной полем;
• изменением ориентации контура по отношению к линиям магнитной индукции (например, при вращении рамки в магнитном поле).

Ответ: Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Оно было открыто М. Фарадеем и описывается законом $ \mathcal{E}_{i} = -d\Phi/dt $, где ЭДС индукции $ \mathcal{E}_{i} $ пропорциональна скорости изменения магнитного потока $ d\Phi/dt $, а направление тока определяется правилом Ленца.

4. В чём важность открытия явления электромагнитной индукции?

Открытие явления электромагнитной индукции имеет колоссальное фундаментальное и практическое значение, являясь одним из величайших достижений в истории науки и техники.

Фундаментальная важность:

• Связь электричества и магнетизма: Открытие Фарадея впервые продемонстрировало глубокую и неразрывную связь между электрическими и магнитными явлениями. Оно показало, что переменное магнитное поле является источником электрического поля, дополнив открытие Эрстеда, который показал, что электрический ток создает магнитное поле.
• Основа классической электродинамики: Закон электромагнитной индукции стал одним из четырех уравнений Максвелла — фундаментальной системы уравнений, описывающей все электромагнитные явления. Эта теория объединила электричество, магнетизм и оптику, предсказав существование электромагнитных волн.

Практическая (технологическая) важность:

На принципе электромагнитной индукции основана работа подавляющего большинства устройств, которые производят и преобразуют электрическую энергию. Без этого открытия современная цивилизация, основанная на электричестве, была бы невозможна.

• Производство электроэнергии: Практически вся электроэнергия в мире вырабатывается на электростанциях (тепловых, атомных, гидравлических, ветряных) с помощью электрических генераторов. Генераторы преобразуют механическую энергию вращения в электрическую именно благодаря явлению электромагнитной индукции.
• Трансформаторы: Эти устройства используются для повышения или понижения напряжения переменного тока. Они являются ключевым элементом систем передачи электроэнергии на большие расстояния с минимальными потерями (энергию передают при очень высоком напряжении) и последующего понижения напряжения до бытового уровня.
• Электродвигатели: В частности, асинхронные двигатели, самые распространенные в промышленности и быту, работают на основе создания вращающегося магнитного поля, которое индуцирует токи в роторе и заставляет его вращаться.
• Другие многочисленные применения:
  • Индукционные плиты для приготовления пищи.
  • Бесконтактные (беспроводные) зарядные устройства для телефонов и других гаджетов.
  • Металлодетекторы.
  • Динамические микрофоны, звукосниматели для электрогитар.
  • Системы считывания данных с магнитных носителей (жесткие диски, банковские карты).

Ответ: Важность открытия явления электромагнитной индукции заключается в том, что оно установило фундаментальную связь между электричеством и магнетизмом, легло в основу теории электромагнетизма Максвелла и, что наиболее значимо для цивилизации, стало физическим принципом работы всех электрогенераторов, производящих электроэнергию, а также трансформаторов, электродвигателей и множества других важнейших технических устройств.