ГДЗ по физике, 8 класс, Перышкин, номер 61.4: Генератор переменного тока

План решения:

• Рассмотрим первый этап: как электрический ток заставляет рамку вращаться (принцип действия электродвигателя).
• Рассмотрим второй этап: как механическое вращение рамки генерирует электрический ток (принцип действия генератора).
• Проанализируем характер тока во второй цепи и ответим на вопрос о его направлении.

Вычисление и объяснение:

1. Причина вращения рамки при замкнутом К1 (К2 разомкнут)

При замыкании ключа К1 цепь источника постоянного тока замыкается через рамку, помещенную в магнитное поле. По сторонам рамки начинает течь электрический ток. Согласно закону Ампера, на проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила. Поскольку стороны рамки расположены симметрично относительно оси вращения и ток в них течет в противоположных направлениях, силы, действующие на эти стороны, создают пару сил. Эта пара сил вызывает вращательный момент, который приводит рамку во вращение. Таким образом, в этом режиме устройство работает как электродвигатель , преобразуя энергию электрического тока в механическую энергию вращения.

2. Свечение лампочки при размыкании К1, замыкании К2 и вращении рамки

Когда ключ К1 размыкают, а К2 замыкают, источник питания отключается от рамки, но рамка продолжает вращаться по инерции или под действием внешнего привода (если он есть). Вращаясь в магнитном поле, рамка пересекает линии магнитной индукции. Это приводит к изменению магнитного потока, пронизывающего площадь рамки. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменение магнитного потока порождает ЭДС индукции. Так как цепь с лампочкой замкнута, возникает индукционный ток, который проходит через нить накала лампочки, заставляя её светиться. В этом режиме устройство работает как генератор переменного тока .

3. Направление тока в цепи с лампочкой

Направление индукционного тока определяется правилом Ленца и зависит от того, какая часть рамки (северная или южная сторона) движется вверх или вниз относительно полюсов магнита. При равномерном вращении рамки угол между плоскостью рамки и вектором магнитной индукции меняется циклически. Когда рамка проходит положение, перпендикулярное линиям поля, поток максимален, но скорость его изменения равна нулю (ток равен нулю). При переходе через это положение знак производной магнитного потока меняется на противоположный. Следовательно, направление тока в цепи с лампочкой периодически изменяется. Ток является переменным .

Проверка:

Логика согласуется с физическими принципами: обратимость работы электромашин подтверждается тем, что одна и та же конструкция может работать и как двигатель (ток -> движение), и как генератор (движение -> ток). Переменный характер тока обусловлен геометрией вращения в однородном поле, что соответствует теме §61 «Генератор переменного тока».