Номер 2, страница 36, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 70. Переменный электрический ток. Вопросы и задания - номер 2, страница 36.

Условие.

2. На каком явлении основано действие генератора переменного тока?

Решение.

Действие генератора переменного тока основано на явлении электромагнитной индукции.

Это явление заключается в возникновении электродвижущей силы (ЭДС) и, как следствие, электрического тока в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

В простейшей модели генератора проводящая рамка (ротор) вращается с постоянной угловой скоростью в однородном магнитном поле, создаваемом статором (постоянным магнитом или электромагнитом). При вращении рамки изменяется угол $\alpha$ между вектором магнитной индукции $\vec{B}$ и нормалью (перпендикуляром) $\vec{n}$ к плоскости рамки.

Магнитный поток $\Phi_B$, проходящий через рамку, зависит от этого угла и вычисляется по формуле:

$\Phi_B = B \cdot S \cdot \cos(\alpha)$

где $\text{B}$ – модуль вектора магнитной индукции, $\text{S}$ – площадь рамки.

Поскольку рамка вращается равномерно с угловой скоростью $\omega$, угол изменяется со временем по закону $\alpha = \omega t$. Следовательно, магнитный поток изменяется гармонически (по закону косинуса):

$\Phi_B(t) = B \cdot S \cdot \cos(\omega t)$

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, ЭДС индукции $\mathcal{E}_{инд}$ в контуре равна скорости изменения магнитного потока, взятой с противоположным знаком:

$\mathcal{E}_{инд} = - \frac{d\Phi_B}{dt}$

Взяв производную от выражения для магнитного потока по времени, получаем:

$\mathcal{E}_{инд}(t) = - \frac{d}{dt}(B \cdot S \cdot \cos(\omega t)) = - B \cdot S \cdot (-\omega \cdot \sin(\omega t)) = B \cdot S \cdot \omega \cdot \sin(\omega t)$

Это уравнение показывает, что возникающая в рамке ЭДС изменяется по синусоидальному закону, то есть является переменной. Если к рамке подключить нагрузку, в цепи потечет переменный синусоидальный ток. Таким образом, механическая энергия вращения преобразуется в электрическую энергию переменного тока.

Ответ: Действие генератора переменного тока основано на явлении электромагнитной индукции.