Номер 688, страница 105 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитное поле. Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Самоиндукция - номер 688, страница 105.

Условие.

► 688. Индукционные токи широко используются в технике. Объясните, как работает устройство для торможения стрелок в измерительных приборах (рис. 161, а), измерительные клещи для определения силы тока в проводах без их разрыва (рис. 161, б).

Рис. 161

Решение.

Устройство для торможения стрелок в измерительных приборах (рис. 161, а)

Принцип действия этого устройства, называемого электромагнитным демпфером, основан на явлении электромагнитной индукции и правиле Ленца. На оси стрелки измерительного прибора закреплена легкая металлическая (например, алюминиевая) пластина. Эта пластина помещена в зазор между полюсами сильного постоянного магнита. Когда стрелка прибора колеблется, пластина движется в магнитном поле.

При движении проводящей пластины через магнитное поле изменяется магнитный поток, пронизывающий ее. Это изменение, согласно закону электромагнитной индукции, приводит к возникновению в пластине замкнутых вихревых индукционных токов, называемых токами Фуко.

В соответствии с правилом Ленца, магнитное поле, создаваемое этими токами, направлено так, чтобы противодействовать причине их возникновения, то есть движению пластины. Взаимодействие этого индуцированного магнитного поля с полем постоянного магнита создает тормозящую силу. Эта сила пропорциональна скорости движения пластины и быстро гасит ее колебания, заставляя стрелку быстрее остановиться на нужном значении.

Ответ: Торможение стрелки происходит за счет силы электромагнитного торможения. Она возникает из-за взаимодействия магнитного поля постоянного магнита с вихревыми индукционными токами (токами Фуко), которые появляются в движущейся в этом поле металлической пластине, связанной со стрелкой. Эта сила противодействует движению и быстро успокаивает стрелку.

Измерительные клещи для определения силы тока в проводах без их разрыва (рис. 161, б)

Измерительные (или токовые) клещи работают по принципу трансформатора тока, что позволяет измерять переменный ток в цепи, не разрывая ее. Устройство состоит из разъемного магнитопровода (сердечника) из ферромагнитного материала, который охватывает провод с измеряемым током.

Проводник, в котором течет измеряемый переменный ток $I_1$, выступает в роли первичной обмотки трансформатора, состоящей из одного витка ($N_1 = 1$). На магнитопроводе находится вторичная обмотка, имеющая большое число витков $N_2$, к которой подключен измерительный прибор (амперметр).

Переменный ток $I_1$ в проводе создает в магнитопроводе переменный магнитный поток. Этот переменный поток пронизывает витки вторичной обмотки и индуцирует в ней ЭДС индукции, что приводит к появлению во вторичной цепи тока $I_2$.

Для трансформатора справедливо соотношение $I_1 / I_2 \approx N_2 / N_1$. Так как $N_1 = 1$, то измеряемый ток $I_1 \approx I_2 \cdot N_2$. Поскольку число витков $N_2$ известно, измерив ток $I_2$ во вторичной цепи, можно определить ток $I_1$. Шкала амперметра в клещах сразу проградуирована в значениях тока первичной цепи.

Ответ: Измерительные клещи работают как трансформатор тока, где провод с током — это первичная обмотка, а катушка в клещах — вторичная. Переменный ток в проводе индуцирует пропорциональный ему ток во вторичной обмотке, который измеряется встроенным амперметром. Это позволяет измерить ток в проводе без его разрыва.