Номер 2, страница 223 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

2. Где используют переменный электрический ток?

1. Как в опыте его можно получить?

Переменный электрический ток получают на основе явления электромагнитной индукции. Суть этого явления заключается в возникновении электродвижущей силы (ЭДС) в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

Простейший опыт по получению переменного тока можно провести, вращая проволочную рамку в однородном магнитном поле, например, между полюсами постоянного магнита. Концы рамки подключаются к чувствительному гальванометру.

При равномерном вращении рамки с угловой скоростью $ \omega $ магнитный поток $ \Phi_B $, проходящий через ее площадь $ S $, изменяется по гармоническому закону: $ \Phi_B = B \cdot S \cdot \cos(\omega t) $, где $ B $ — индукция магнитного поля.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, возникающая в рамке ЭДС индукции $ \mathcal{E} $ равна скорости изменения магнитного потока, взятой со знаком минус: $ \mathcal{E} = -\frac{d\Phi_B}{dt} = - \frac{d}{dt}(B S \cos(\omega t)) = B S \omega \sin(\omega t) $.

Как видно из формулы, индуцированная ЭДС изменяется синусоидально, то есть периодически меняет свое значение и направление. Если цепь замкнута, эта ЭДС создает в ней переменный электрический ток. На опыте это будет наблюдаться как колебания стрелки гальванометра в обе стороны от нулевого положения. Такое устройство является простейшей моделью генератора переменного тока.

Ответ: Переменный ток в опыте можно получить, вращая проводящую рамку в постоянном магнитном поле. Из-за периодического изменения магнитного потока через рамку в ней, согласно закону электромагнитной индукции, возникает синусоидальная ЭДС, которая создает в цепи переменный ток.

2. Где используют переменный электрический ток?

Переменный ток (AC) является доминирующей формой электроэнергии в современных системах энергоснабжения и используется практически повсеместно. Его популярность обусловлена, в первую очередь, возможностью легкого и эффективного изменения напряжения с помощью трансформаторов.

Передача электроэнергии. Для передачи электроэнергии на большие расстояния от электростанций к потребителям напряжение повышают до сотен киловольт. Это позволяет уменьшить силу тока и, как следствие, минимизировать потери мощности на нагрев проводов, так как потери пропорциональны квадрату тока ($ P_{потерь} = I^2 R $). Вблизи мест потребления напряжение понижают до безопасных и стандартных значений (например, 220 В или 380 В).

Промышленность. Большинство промышленных электродвигателей (в станках, насосах, конвейерах, вентиляторах) являются асинхронными двигателями переменного тока. Они отличаются простой конструкцией, высокой надежностью, долговечностью и не требуют сложного обслуживания.

Бытовая техника. Почти все бытовые приборы, подключаемые к розетке, работают на переменном токе: холодильники, стиральные машины, кондиционеры, пылесосы, электроплиты, микроволновые печи. Электронные устройства (компьютеры, телевизоры, зарядные устройства для телефонов) также подключаются к сети переменного тока, но их внутренние блоки питания преобразуют его в постоянный ток (DC), необходимый для работы электронных схем.

Освещение и отопление. Системы освещения (лампы накаливания, люминесцентные, светодиодные) и электрические нагревательные приборы (электрокамины, бойлеры, обогреватели) эффективно работают на переменном токе.

Ответ: Переменный ток используют для передачи электроэнергии на дальние расстояния, в промышленности для привода станков и механизмов, в быту для питания практически всей техники, а также в системах освещения и электрообогрева.