Номер 3, страница 233 - гдз по физике 9 класс учебник Грачев, Погожев

Глава 7. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 36. Переменный электрический ток. Вопросы - номер 3, страница 233.

Условие.

3. Каким образом можно получить переменный ток?

Решение.

3. Каким образом можно получить переменный ток?

Переменный электрический ток получают на основе явления электромагнитной индукции, открытого Майклом Фарадеем. Суть этого явления заключается в возникновении электрического тока (индукционного тока) в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

Устройства, в которых механическая энергия преобразуется в электрическую энергию переменного тока, называются генераторами переменного тока. Простейшая модель генератора состоит из проводящей рамки, способной вращаться в однородном магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом или электромагнитом.

Процесс генерации переменного тока происходит следующим образом. Рамка приводится во вращение внешней механической силой. При вращении рамки в магнитном поле изменяется магнитный поток $ \Phi $, пронизывающий ее площадь. Магнитный поток зависит от величины магнитной индукции $ B $, площади рамки $ S $ и угла $ \alpha $ между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости рамки: $ \Phi = B \cdot S \cdot \cos(\alpha) $.

Поскольку рамка вращается, угол $ \alpha $ постоянно изменяется, что вызывает изменение магнитного потока. Согласно закону электромагнитной индукции, в рамке возникает электродвижущая сила (ЭДС), равная скорости изменения магнитного потока, взятой с обратным знаком: $ \mathcal{E} = - \frac{d\Phi}{dt} $.

Если рамка вращается равномерно с угловой скоростью $ \omega $, то угол $ \alpha $ изменяется по закону $ \alpha = \omega t $. Тогда зависимость ЭДС от времени будет иметь вид:

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

где $ \mathcal{E}_{max} = B S \omega $ — это максимальное (амплитудное) значение ЭДС.

Эта формула показывает, что ЭДС в рамке изменяется по гармоническому (синусоидальному) закону. Это означает, что она периодически меняет свою величину и направление (полярность). Если к выводам рамки подключить нагрузку, то в цепи потечет переменный ток, который также будет изменяться синусоидально.

Таким образом, ключевым фактором для получения переменного тока является создание условий для непрерывного и периодического изменения магнитного потока через проводящий контур, что и достигается в генераторах путем вращения.

Ответ: Переменный ток получают с помощью электромеханических генераторов, работа которых основана на явлении электромагнитной индукции. При вращении проводящей рамки в магнитном поле (или магнита около неподвижной рамки) происходит периодическое изменение магнитного потока через рамку. Это вызывает возникновение в ней периодически изменяющейся по величине и направлению электродвижущей силы (ЭДС), которая и создает в цепи переменный ток.