Номер 689, страница 105 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитное поле. Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Самоиндукция - номер 689, страница 105.

Условие.

► 689. В генераторах переменного тока напряжение обычно создается в неподвижной обмотке, а магнитное поле вращается (рис. 162). а) Почему появляется ток в обмотке, хотя она неподвижна? б) Почему обмотка надевается на сердечник из мягкой стали?

Рис. 162

Решение.

а) Ток в неподвижной обмотке возникает благодаря явлению электромагнитной индукции. Суть этого явления заключается в том, что при любом изменении магнитного потока, пронизывающего замкнутый проводящий контур, в этом контуре возникает электрический ток. В рассматриваемом генераторе вращается постоянный магнит, который является источником магнитного поля. Когда магнит вращается, меняется направление и величина магнитных силовых линий, проходящих сквозь витки неподвижной обмотки. Это вызывает непрерывное изменение магнитного потока ($Φ$) через обмотку. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, скорость изменения магнитного потока определяет величину наводимой электродвижущей силы (ЭДС): $ε = - \frac{ΔΦ}{Δt}$. Эта индуцированная ЭДС и заставляет свободные электроны в проводнике двигаться упорядоченно, то есть создает электрический ток. Для возникновения индукционного тока важно именно относительное движение магнита и обмотки, которое приводит к изменению магнитного потока, а не движение самой обмотки.

Ответ: Ток в неподвижной обмотке появляется из-за явления электромагнитной индукции: вращающийся магнит создает переменное магнитное поле, которое приводит к изменению магнитного потока через обмотку, что, в свою очередь, индуцирует в ней ЭДС и ток.

б) Обмотка надевается на сердечник из мягкой стали для усиления магнитного поля. Мягкая сталь является ферромагнетиком — материалом с очень высокой магнитной проницаемостью. Когда сердечник из такого материала помещают в магнитное поле, он сильно намагничивается, и магнитные силовые линии концентрируются внутри него. В результате магнитный поток ($Φ$), проходящий через витки обмотки, многократно увеличивается по сравнению с потоком, который был бы в воздухе или вакууме. Согласно закону электромагнитной индукции ($ε = - \frac{ΔΦ}{Δt}$), чем больше величина магнитного потока и его изменение при вращении магнита, тем больше величина индуцируемой ЭДС. Таким образом, стальной сердечник позволяет получить значительно большее напряжение на выходе генератора при тех же размерах и скорости вращения. Термин "мягкая" сталь указывает на то, что материал легко намагничивается и размагничивается, что критически важно для работы в быстро меняющемся магнитном поле генератора переменного тока.

Ответ: Сердечник из мягкой стали, являясь ферромагнетиком, значительно усиливает магнитное поле и, следовательно, магнитный поток через обмотку. Это позволяет увеличить индуцируемую ЭДС и мощность генератора.