Номер 1, страница 200 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. Какой электрический ток называют переменным? С помощью какого простого опыта его можно получить?

1. Переменным электрическим током называют электрический ток, который периодически изменяется со временем по величине и направлению. В отличие от постоянного тока, который течет в одном направлении с постоянной силой, переменный ток меняет свое направление и величину с определенной частотой. Наиболее распространенной формой переменного тока является синусоидальный ток, который описывается формулой:

$I(t) = I_{max} \sin(\omega t + \phi_0)$

где $I(t)$ — мгновенное значение силы тока, $I_{max}$ — амплитудное (максимальное) значение силы тока, $\omega$ — угловая частота ($ \omega = 2\pi f $, где $f$ — частота тока), $t$ — время, а $\phi_0$ — начальная фаза.

Получить переменный ток можно с помощью простого опыта, основанного на явлении электромагнитной индукции. Для этого потребуется:

• Проволочная рамка (катушка), подключенная к гальванометру.
• Постоянный магнит (например, подковообразный).

Ход опыта:

1. Разместить проволочную рамку между полюсами магнита, где создано магнитное поле.

2. Начать равномерно вращать рамку вокруг оси, перпендикулярной линиям магнитной индукции.

Наблюдение:

При вращении рамки стрелка гальванометра будет отклоняться то в одну, то в другую сторону от нулевого положения. Это свидетельствует о возникновении в цепи электрического тока, который постоянно меняет свое направление.

Объяснение:

При вращении рамки в магнитном поле изменяется магнитный поток $\Phi$, пронизывающий ее площадь. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменение магнитного потока приводит к возникновению в рамке электродвижущей силы (ЭДС) индукции: $\mathcal{E}(t) = -\frac{d\Phi}{dt}$. Магнитный поток при вращении рамки с угловой скоростью $\omega$ изменяется по закону $\Phi(t) = B S \cos(\omega t)$, где $B$ — индукция магнитного поля, $S$ — площадь рамки. Тогда индуцируемая ЭДС будет $\mathcal{E}(t) = \omega B S \sin(\omega t)$. Эта синусоидальная ЭДС и создает в замкнутой цепи переменный синусоидальный ток. Когда одна сторона рамки движется вверх, а другая — вниз, ток течет в одном направлении. После поворота на 180 градусов направление движения сторон рамки относительно поля меняется на противоположное, и ток начинает течь в обратном направлении.

Ответ: Переменный ток — это электрический ток, который периодически изменяется по величине и направлению. Его можно получить в опыте по вращению проводящей рамки в постоянном магнитном поле, что демонстрирует явление электромагнитной индукции.

2. Переменный ток нашел широчайшее применение в современной технике и быту благодаря своей способности легко трансформироваться (изменять напряжение с помощью трансформаторов), что делает его передачу на большие расстояния экономически выгодной. Основные области использования:

• Производство и передача электроэнергии. На электростанциях генераторы вырабатывают переменный ток. С помощью трансформаторов напряжение повышают для передачи по линиям электропередачи (ЛЭП) с минимальными потерями, а затем понижают до бытовых (например, 220 В) или промышленных стандартов перед подачей потребителям.
• Электродвигатели. Асинхронные и синхронные двигатели переменного тока являются основой большинства промышленных установок (станки, конвейеры, насосы) и бытовой техники (холодильники, стиральные машины, кондиционеры, пылесосы).
• Освещение. Лампы накаливания, люминесцентные лампы и современные светодиодные (LED) светильники в большинстве своем работают от сети переменного тока.
• Нагревательные приборы. Электрические плиты, обогреватели, бойлеры, утюги используют тепловое действие переменного тока для нагрева.
• Питание электроники. Хотя сами электронные схемы (в компьютерах, телевизорах, смартфонах) работают на постоянном токе, их блоки питания подключаются к сети переменного тока и преобразуют его в постоянный ток нужных напряжений.

Ответ: Переменный ток используется для производства и передачи электроэнергии на большие расстояния, в работе электродвигателей, в системах освещения, в нагревательных приборах, а также для питания бытовой и промышленной электроники через блоки питания.