Номер 2, страница 191 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 5. Электромагнитные явления. Параграф 46. Производство и передача электрической энергии. Вопросы - номер 2, страница 191.

Условие.

2. Опишите механизм получения переменного электрического тока.

Решение.

2. Опишите механизм получения переменного электрического тока.

Механизм получения переменного электрического тока основан на явлении электромагнитной индукции. Устройство, преобразующее механическую энергию вращения в электрическую энергию переменного тока, называется генератором переменного тока.

Простейшая модель генератора состоит из проводящей рамки (ротора), которая с постоянной угловой скоростью $\omega$ вращается в однородном магнитном поле, создаваемом статором (неподвижной частью с постоянными магнитами или электромагнитами).

При вращении рамки изменяется магнитный поток $\Phi$, пронизывающий ее площадь. Магнитный поток определяется формулой $\Phi = B S \cos(\alpha)$, где $\text{B}$ — индукция магнитного поля, $\text{S}$ — площадь рамки, а $\alpha$ — угол между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости рамки. Поскольку рамка вращается равномерно, этот угол изменяется со временем по закону $\alpha = \omega t$. Таким образом, магнитный поток изменяется гармонически: $\Phi(t) = B S \cos(\omega t)$.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в рамке возникает ЭДС индукции $\mathcal{E}$, пропорциональная скорости изменения магнитного потока:

$\mathcal{E}(t) = - \frac{d\Phi}{dt}$

Подставив выражение для потока и взяв производную по времени, получим:

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

Если рамка представляет собой катушку из $\text{N}$ витков, то ЭДС будет в $\text{N}$ раз больше: $\mathcal{E}(t) = N B S \omega \sin(\omega t)$.

Из полученной формулы видно, что индуцированная ЭДС изменяется по синусоидальному закону. Если к концам рамки через скользящие контакты (контактные кольца и щетки) подключить внешнюю цепь, то под действием этой переменной ЭДС в цепи потечет переменный синусоидальный ток.

Ответ: Переменный ток получают в генераторах путем вращения проводящей рамки в магнитном поле, что приводит к периодическому изменению магнитного потока через рамку и возникновению в ней синусоидальной ЭДС индукции.