Номер 3, страница 187 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

3. В чём заключается явление электромагнитной индукции?

3. Явление электромагнитной индукции, открытое Майклом Фарадеем в 1831 году, заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Этот возникающий ток называется индукционным.

Изменение магнитного потока может быть вызвано различными причинами:

• Движением проводника в постоянном магнитном поле.
• Движением источника магнитного поля (например, постоянного магнита или другого контура с током) относительно неподвижного проводника.
• Изменением величины магнитного поля с течением времени (например, при изменении силы тока в катушке-источнике поля).

Количественно это явление описывается законом электромагнитной индукции Фарадея. Согласно этому закону, электродвижущая сила (ЭДС) индукции, возникающая в контуре, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока $ \Phi $ через поверхность, ограниченную этим контуром:

$ \mathcal{E}_{i} = - \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} $

Здесь $ \mathcal{E}_{i} $ — ЭДС индукции (в вольтах), $ \Delta\Phi $ — изменение магнитного потока (в веберах), а $ \Delta t $ — промежуток времени, за который это изменение произошло (в секундах). Знак "минус" в формуле отражает правило Ленца, которое гласит: индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым этот ток был вызван. Правило Ленца является следствием закона сохранения энергии.

Ответ: Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, проходящего через этот контур.

4. Открытие явления электромагнитной индукции имеет фундаментальное значение для всей современной цивилизации, так как оно лежит в основе производства, передачи и использования электрической энергии.

Основные аспекты важности этого открытия:

1. Производство электроэнергии. На явлении электромагнитной индукции основан принцип действия всех промышленных генераторов электрического тока. На электростанциях (гидро-, тепловых, атомных) механическая энергия вращения турбин преобразуется в электрическую энергию благодаря вращению ротора генератора (проводящих обмоток) в магнитном поле. Без этого открытия было бы невозможно создать централизованные системы энергоснабжения.
2. Передача электроэнергии. Трансформаторы, работающие на принципе взаимной индукции, позволяют повышать и понижать напряжение переменного тока. Это критически важно для эффективной передачи электроэнергии на большие расстояния: напряжение повышают для минимизации потерь в линиях электропередач, а затем понижают до безопасных значений для конечных потребителей.
3. Электродвигатели. Хотя многие двигатели работают на силе Лоренца, широко распространенные асинхронные двигатели переменного тока используют вращающееся магнитное поле для индуцирования тока в роторе, что и приводит его во вращение.
4. Многочисленные технические применения. Явление используется в огромном количестве устройств: индукционных плитах, беспроводных зарядных устройствах, металлодетекторах, считывателях магнитных карт, динамических микрофонах, датчиках и многом другом.
5. Развитие фундаментальной науки. Открытие Фарадея установило глубокую связь между электричеством и магнетизмом. Оно стало краеугольным камнем для Джеймса Клерка Максвелла при создании его знаменитой системы уравнений. Теория Максвелла не только объединила электричество, магнетизм и оптику, но и предсказала существование электромагнитных волн, что позже привело к изобретению радио.

Ответ: Важность открытия заключается в том, что оно стало основой всей современной электротехники и энергетики (позволило создать генераторы, трансформаторы, электродвигатели), а также послужило ключевым элементом для создания Джеймсом Максвеллом единой теории электромагнетизма, которая легла в основу современных коммуникационных технологий.