Блок  №  9.  Электромагнитная  индукция.  Переменный  ток.    Лекции:  9.1    Явление   электромагнитной   индукции.   Магнитный   поток.   Закон   электромагнитной  индукции.     Причины   возникновения   индукционного   тока:   сила   Лоренца   и   вихревое  электрическое  поле.  

9.1.1  Явление  электромагнитной  индукции.  В  первой  половине  19  века  Майклом  Фарадеем  было  обнаружено    важнейшее  для  дальнейшего  

развития  науки  и  техники  явление:   если  поднести  к   замкнутому  проводнику  магнит,  в  проводнике  возникает  (индуцируется)  электрический  ток.  Было  выяснено,  что  ток  возникает  только  в  моменты,  когда   магнит   либо   приближается,   либо   удаляется   от   проводника.   Более   детальное   исследование  данного   явления   выявило,   что   возникновение   тока   может   быть   вызвано   следующими   факторами:  изменением     силы   магнитного   поля   внутри   проводника   (изменение   магнитной   индукции   B),  изменение   направление   магнитной   индукции,   изменение   площади   поверхности,     ограничиваемой  проводником,  изменение  ее  ориентации  в  пространстве.    

 9.1.2  Магнитный  поток.  Обобщив   все   эти   факты   можно   сформулировать   закон   возникновения   индукционного   тока  

(закон  электромагнитной  индукции)  так:  в  замкнутом  проводнике  возникает  электрический  ток,  при  изменении  магнитного  потока,  проходящего  через  проводник.  

Магнитный  поток  Ф  равен  произведению  модуля  вектора  магнитной  индукции   В   на   площадь   ограниченную   проводником   и   на   косинус   угла  между   вектором   В   и   перпендикуляром   к   площади,   ограниченной  проводником.    

Ф=ВS  cos(a)  (9.1)  Магнитный  поток  измеряется  в  Веберах  (Вб)  1Вб=1  Тл  м2.  Пример:  Провод  согнут  в  виде  квадрата  со  стороной  10  см  и  помещен  в  

однородное   магнитное   поле   с   индукцией   В=1   Тл,   направленной  перпендикулярно  плоскости  квадрата.    

Определим  магнитный  поток,  проходящий  через  квадрат:  Угол  между  В  и  перпендикуляром  к  плоскости  проводника  будет  равен  0,  следовательно    Ф=1  Тл  *(0,1  м*0,1  м)*COS(0)=0,01  Вб.  

Магнитный  поток  в  проводе  можно  изменить  различными  способами:  изменить  В,  изменить  S  или  изменить  угол  а.  

Если,     скажем,   проводник   повернется   на   60о,   угол   между   площадью   проводника   и   вектором  магнитной  индукции  станет    равным  60о,  а  косинус  ½,  следовательно,  Ф=0.005  Вб.  Это  значит,  что  при  повороте  замкнутого  проводника  в  магнитном  поле  возникает  электрический  ток.  

 9.1.3  Закон  электромагнитной  индукции.  Как  мы   помним,   для   создания   в   проводнике   электрического   тока,   необходим   источник   тока,  

который  характеризуется  ЭДС.  Для  электрической  цепи  справедлив  закон  Ома  для  полной  цепи:  𝐼 =

𝜀𝑅 + 𝑟

Майклу  Фарадею,  открывшему  явление  электромагнитной  индукции,  удалось  сформулировать  закон:   «При   изменении   магнитного   потока   через   замкнутый   проводник,   в   проводнике  возникает    ЭДС,  численно  равная  скорости  изменения  магнитного  потока»:  

𝜀 = ∆Ф∆!

(9.2) Пример:   Если  имеется   замкнутый  проводник   (например,   катушка   с  проводом,  концы  которой  

соединены   между   собой)   общим   сопротивлением   R=1   Ом   и   магнитный   поток   через   эту   катушку  меняется  от  1  Вб  до  2  Вб  за  2  с,  но  на  провод  начинает  действовать  ЭДС,  равная    

𝜀 =2  Вб − 1  Вб

2  𝑐= 0,5  В

в этом случае в катушке возникнет ток силой I, равной:

𝐼 =𝜀

𝑅 + 𝑟=0,5  В1  Ом

В  этом  случае  1  Ом  это  и  внутреннее  сопротивление  r  и  внешнее  R  одновременно.  9.1.4    Правило  Ленца.  Направление  индукционного  тока.  Для   нахождения   направления   индукционного   тока   можно   использовать   правило   Ленца:  

«Индукционный   ток   в   замкнутом  проводнике  направлен   так,   чтобы   своим  магнитным  полем  препятствовать  изменению  суммарного  магнитного  потока  в  этом  проводнике».  

Поясним   это   правило   на   примере:   К   проводящему   кольцу   расположенному   горизонтально,  подносят   сверху   постоянный   магнит   (северным   полюсом   вверх).   Найдем   направление  индукционного  тока,  возникающего  при  этом  в  кольце.  

Разделим  выполнение  этого  задания  на  три  этапа:  1   этап.  Найдем  направление  внешнего  магнитного  поля   (поля  постоянного  магнита):   так  как  

магнит  направлен  северным  полюсом  вниз,  магнитная  индукция  также  направлена  вниз.  2  этап.  Определяем  –  уменьшается  или  увеличивается  магнитный  поток  в  проводнике:  так  как  

магнит   подносится,   то  магнитное   поле   увеличивается   и   собственное  магнитное   поле   должно   быть  направлено  в  противоположенную  сторону,  т.е.  вверх.  

3   этап.   Определяем   направление   индукционного   тока,   соответствующего   найденному  направлению  магнитного  поля.  

Индукционный  ток  будет  против  часовой  стрелки  (если  смотреть  снизу).            Лекция   9.2   Генератор   электрического   тока.   Переменное   ЭДС.   Трансформатор.   Цепи  

переменного   тока.   Амплитудное   значение   ЭДС,   напряжения   и   силы   тока.   Действующее  значение.  

 На   использовании     явления   электромагнитной   индукции   основаны   такие   важнейшие  

устройства,  как  генератор  и  трансформатор.  9.2.1  Генератор.  

Простейший   генератор     -­‐   это   проводящая   катушка,   равномерно  вращающаяся  в  постоянном  магнитном  поле.  

В   этом  случае  магнитный  поток  через   эту  катушку  можно  рассчитать  по  формуле.  

Ф=NSB  COS(2πvt) (9.3) Здесь N-число витков провода в катушке, S-площадь одного витка, а v-частота

вращения катушки (количество оборотов за единицу времени). В этом случае постоянно будет меняться угол между направлением магнитного

поля и перпендикуляром к плоскости витков. Именно из-за этого магнитный поток через катушку будет все время меняться, а, значит в катушке будет возникать ЭДС индукции равное:

𝜺 = 𝑵𝑺𝑩 𝟐𝝅𝝂 𝑺𝑰𝑵 𝟐𝝅𝝂𝒕  (9.4)  Из  формулы  9.4  видно,  что  ЭДС  в  этом  случае  будет  совершать  колебания  также  с  частотой  v.  

Амплитудным   значением   ЭДС   называется   максимальная   ЭДС.   Из   формулы   (9.4)   следует,   что   она  будет  равна  𝜺𝟎 = 𝑵𝑺𝑩 𝟐𝝅𝝂 .  Таким  образом,  ЭДС  на  генераторе  будет  колебаться  от  −𝜺𝟎  до  𝜺𝟎.  

В   настоящее   время   большую   часть   электрической   энергии,   используемого   человечеством  производят   генераторы,   именно   поэтому   в   бытовой   электрической   сети   ток   переменный.  Стандартная  частота  вращения  генераторов  в  нашей  стране  равна  50  Гц,  поэтому  частота  колебания  напряжения  в  нашей  сети  также  равна  50  Гц.  

 9.2.2  Трансформатор.  

Всем  известно,   что   напряжение   бытовой   сети   равно   220  В.     Но   для  многих   электрических   приборов   необходимо   значительно   меньшее  напряжение,  например  4  В.  В  то  же  время  имеются  устройства,  для  работы  которых   требуется   напряжение   1000   В.   Налицо   потребность  трансформировать  напряжение  (повышать  и  понижать  его).  Для  этой  цели  существует  устройство  называющееся  трансформатором.  

 Простейший   трансформатор   состоит   из   ферромагнитного  

сердечника,  на  который  намотано  две  проводящих  катушки  (первичная  и  вторичная   обмотка).   На   первичную   обмотку   подается   переменное   напряжение,   которое   нужно  трансформировать   U1.     С   вторичной   обмотки   снимается   трансформированное   напряжение   U2.  Отношение  этих  напряжений  зависит  от  числа  витков  на  первичной  и  вторичной  обмотках  (N1    и  N2  соответственно).  Имеем:  

!!!!= !!

!!  (9.5)  

Если   количество   витков   на   вторичной   обмотке   больше,   чем   на   первичной   –   напряжение   на  выходе   также   больше   и   трансформатор   называется   повышающим.     Если   количество   витков   на  

v  

вторичной   обмотке   меньше,   то   напряжение   на   ней   также   меньше   и   трансформатор   будет  понижающим.  

Принцип  работа  трансформатора:  переменное  напряжение  в  первичной  обмотке  создает  в  ней  переменный   ток.   Этот   ток   создает   в   свою   очередь   переменное   магнитное   поле,   которое  перемещается   по   магнитному   сердечнику   во   вторичную   катушку   и   начинает   создавать   там   ЭДС    индукции.  Чем  больше  витков  во  вторичной  обмотке,  тем  сильнее  меняется  в  вне  магнитный  поток,  тем  больше  возникающая  там  ЭДС,  а,  значит,  и  напряжение.  

 Трансформатор  преобразовывает  и  передает  электрическую  энергию.    Но  из  закона  сохранения  

энергии  следует,  что  он  не  может  передавать  ее  больше,  чем  получил.  Поэтому,  в  идеальном  случае,  за  единицу  времени  он  передает  ровно  столько  энергии,  сколько  получил.  

Работу   за   единицу   времени,   т.е.   мощность   (P)   можно   рассчитать   по   формуле:   P=IU,   значит   в  случае  трансформатора  можно  записать  формулу.  

I1U1=I2U2  (9.6)  В  трансформаторе  сила  тока  в  первичной  и  вторичной  обмотках  подстраиваются  под  

напряжение.  Если  трансформатор  повышающий,  напряжение  на  вторичной  обмотке  больше,  значит  сила  тока  на  вторичной  обмотке  меньше  и  наоборот.  

Отметим,    что  на  реальном  трансформаторе  всегда  происходят  потери  энергии  (часть  электрической  энергии  превращается  в  тепло),  а  это  значит  что    I2U2  несколько  меньше.  

9.2.3  Действующее  значение  напряжения.  В  цепи  переменного  тока  создаваемого  генератором  или  преобразованного  трансформатором  

напряжение    и  сила  тока  постоянно  меняются.  Для  простоты  расчетов    в  большинстве  случаев  используют  средние  значения  этих  величин,  которые  называются  действующими  значениями  сил  напряжения  и  силы  тока.  

Эти  значения  рассчитаны  так,  чтобы  работа  тока  рассчитанная  при  их  помощи  за  один  период  колебания    напряжения  была  равна  реальной  работе  тока  в  цепи.    

Для  напряжения,  которое  создается  обычным  генератором  действующие  значения  силы  токаIд  и  напряжения  Uд  связаны  с  максимальными  значениями  (амплитудными)  I0и  U0по  формуле:  

𝐼д =!!! (9.10 а)

𝑈д =

!!! (9.10 б)

Это значит, что 220 В, написанное на бытовых розетках - это действующее значение напряжения сети. В реальности напряжение в сети меняется от значения − 2  220В до 2  220В 50 раз в секунду.

 Лекция   9.3   Явление   самоиндукции.   Катушка   индуктивности,   конденсатор   и   активное  сопротивление  в  цепи  переменного  тока.  

9.3.1  Явление  самоиндукции.    Изучая   явление   электромагнитной   индукции   ученые   задавались   вопросом   о   механизме  

возникновения  индукционного  тока.  Оказалось,  что  в  случае,  если  замкнутый  проводник  находится  в  изменяющемся  магнитном  поле,  то  индукционный  ток  возникает  оттого,  что  переменное  магнитное  поле   способно   порождать   в   области   вокруг   себя   вихревое   электрическое   поле,   а   уже   это   поле  создает   индукционный   ток.   Главная   особенность   вихревого   поля   в   том,   что   оно   не   порождается  заряженными  частицами,  линии  напряженности  этого  поля  замкнуты  виде  кольца  (вихря).    Попав  в  такое  поле  ,    заряженная  частица  начинает  двигаться  вдоль  линий  напряженности  т.е.  по  кругу.  

Представим  теперь.  Что  у  нас  имеется  проводник  в  виде  замкнутой  проводящей  катушки  и  в  этой   катушке   течет   электрический   ток.   Этот   ток   создает   внутри   катушки   магнитное   поле,   поток  которого   пропорционален   силе   тока   в   катушке   (чем   сильнее   ток,   тем   больше  магнитное   поле,   тем  больше   магнитный   поток).   Коэффициент   пропорциональности   между   током,   и   создаваемым   им  магнитным  потоком  называется  индуктивностью  L  (измеряется  в  Генри  –  Гн).  

Ф=LI  (9.11)  Индуктивность    -­‐  величина,  которая  зависит  только  от  формы  и  размеров  проводника.  

Особенно  большая  индуктивность  имеется  у  проводящих  катушек,  которые  часто  называют  катушки  индуктивности.  

Если  попытаться  изменить  силу  тока  в  катушке  индуктивности,  в  ней  резко  изменится  и  магнитный  поток  (магнитное  поле).  Это  изменение  породит  в  окружающем  пространстве  вихревое  электрическое  поле,  которое  создаст  ЭДС,  препятствующую  изменению  тока  в  цепи.  Из  закона  электромагнитной  индукции  следует  что:  

𝜀самоинд =!!!!!

(9.12)

Чем быстрее меняется ток в катушке, тем большая ЭДС самоиндукции этому препятствует. В результате в катушке индуктивности ток не может меняться слишком быстро. Даже после отключения источника тока ток через катушку индуктивности будет еще некоторое время протекать.

9.3.2  Катушка  индуктивности  в  цепи  переменного  тока.  Представим,   что   к   генератору   электрического   тока   подключена   только   катушка  

индуктивности.   Сопротивление   проводов,   из   которых   намотана   катушка,   может   быть   невелико,  следовательно,   сила   тока   через   катушку   должна   идти   очень   большая.   Так   оно   и   было   бы,   если   бы  генератор   давал   постоянное   напряжение,   но   напряжение   в   генераторе   меняется,   а   вместе   с   ним  меняется  ток  в  катушке.  Как  говорилось  выше,  в  этом  случае  в  катушке  возникает  ЭДС  самоиндукции,  которая   противодействует   ЭДС   генератора   и   не   дает   току   течь   слишком   сильно.   Чем   быстрее  меняется  напряжение   в   сети,   тем   больше  ЭДС     самоиндукции,   тем   слабее   течет   ток   через   катушку.  Таким   образом,   у   катушки   индуктивности   как   бы   появляется   добавочное   сопротивление,   которое  называется  индуктивное  сопротивление  (RL).  Индуктивное  сопротивление  тем  больше,  чем  больше  индуктивность  катушки  и  частота  напряжения  в  цепи.  

𝑅! = 2𝜋𝑣𝐿  (9.13)  9.3.3  Конденсатор  в  цепи  переменного  тока.  Рассмотрим  как  ведет  себя  еще  один  элемент–  конденсатор,  в  цепи  переменного  тока.  Простейший  конденсатор  –  это  две  пластины  из  проводника,  разделенные  диэлектриком.  Если  

одну  из  пластин  подключить  к  положительному  выходу  источника  тока,  а  вторую  к  отрицательному,  то  пластины  приобретут  заряды,  равные  по  величине  и  противоположенные  по  знаку.  Величина  заряда  каждой  пластины  зависит  от  напряжения  между  пластинами  и  характеристики  конденсатора,  которая  называется  электрическая  емкость  С  (емкость  мерится  в  Фарадах  Ф).  

𝑞 = 𝐶𝑈 (9.14) Если подключить конденсатор к источнику постоянного тока, он будет заряжаться какое-то

небольшое время, после чего сила тока в цепи будет равна 0, т.е. сопротивление конденсатора в цепи постоянного тока будет равно бесконечности.

Если же подключить конденсатор к источнику переменного тока, то из-за постоянного изменения величины напряжения на конденсаторе, он будет постоянно либо заряжаться либо разряжаться, т.е. фактически в цепи будет постоянно течь ток. Причем амплитуда силы тока будет тем выше, чем быстрее меняется напряжение.

В этом случае можно считать, что сопротивление конденсатора уже не будет равно бесконечности. Величина сопротивления будет тем меньше, чем больше емкость конденсатора и частота напряжения в цепи.

𝑅! =!

!!"# (9.15)  

 Отметим,  что  если  в  цепи  переменного  напряжения  окажется  обычное  сопротивление,  то  для  

него  в  каждый  момент  будет  выполняться  закон  Ома,  а  значит,  сила  тока  будет  совершать  такие  же  колебания  как  и  напряжение.  Величина  сопротивления  при  этом  не  меняется.  

9.3.4   Активное   сопротивление,   конденсатор   и   катушка   индуктивности   в   цепи  переменного  тока.  

Итак,   в   цепи   переменного   напряжения   могут   находится   три   вида   элементов,   обладающих  сопротивлениями:   обычный   резистор   (активное   сопротивление),   конденсатор   и   катушка  индуктивности.   Активное   сопротивление   не   зависит   от   частоты   тока   в   цепи,   емкостное  сопротивление  уменьшается  с  ростом  частоты,  а  индуктивное    -­‐  увеличивается.  

Существенное   отличие   между   активным   сопротивлением   с   одной   стороны   и   емкостным   и  индуктивным   с   другой,   что   на   активном   сопротивлении   происходит   превращение   электрической  энергии  в  тепло,    в  то  время  как  на  катушка  индуктивности  и  конденсатор  не  потребляют  энергии  цепи.  

Следствием   вышесказанного   будет   то,   что   сопротивления   сложных   объектов,   (например    человека)   попавшего   под   постоянное   или   под   переменное   напряжения   могут   существенно  различаться.   В   случае   переменного   напряжения   к   сопротивлению   человека   добавятся   еще  индуктивное  и  емкостное    значения.      

Задания  для  самостоятельного  выполнения.  9.1    Явление  электромагнитной  индукции.    

1. В  каком  случае  в  проводнике  идет  ток:  a. Магнит  падает  в  центр  проводящего  кольца.  b. Магнит   падает   на   небольшом   расстоянии   мимо   проводящего  

кольца.  c. Проволочная   проводящая   рамка   согнутая   в   прямоугольник   и  

вращается   в   однородном   магнитном   поле,   как   указано   на  рисунке1.  

d. Проволочная   проводящая   рамка,   согнутая   в   прямоугольник   и  вращается  в  однородном  магнитном  поле,  как  указано  на  рисунке  2.  

e. Проволочная   проводящая   рамка,   согнутая   в   прямоугольник  двигается  в  неоднородном  магнитном  поле  (см.  рисунок  3)  

f. Проволочная   проводящая   рамка,   согнутая   в   прямоугольник  двигается  в  неоднородном  магнитном  поле  (см.  рисунок  4).  

2. Проволочная  рамка  согнута  в  прямоугольник  со  сторонами  20  см  помещена  в  однородное  магнитное  поле  с  В=100  мТл.  Чему  будет  равен   поток   магнитного   поля,   проходящего   через   рамку,   если  магнитное  поле:  

a. Перпендикулярно  плоскости  рамки  b. Параллельно  плоскости  рамки  c. Направлено  под  углом  30о  к  плоскости  рамки.  3. Проволочная   рамка   из   задания   2   повернулась   на   90о   так,   что   в   первый   момент  

магнитное  поле  было  перпендикулярно  плоскости  рамки,  а  в  конце  –  параллельно  ей.     Определите   изменение   магнитного   потока   и   среднюю   ЭДС   индукции,   если  время  поворота  составляло  100  мс.  

4. Проводящая   катушка   имеет   100   витков   провода,   площадью   200   см2   каждый.  Катушка   находится   в   однородном  магнитном   поле,   перпендикулярном   плоскости  витков.     Определите  ЭДС  индукции,   которая   возникнет   в   катшке,   если  магнитное  поле  увеличится  от  0.1  Тл  до  0.4  Тл  за  0.05  с.  

a. Магнитный  поток  в  начале:______________________________  b. Магнитный  поток  в  конце:______________________________  c. Изменение  магнитного  потока:______________________________  d. ЭДС:______________________________  5. Проволочное  кольцо  имеет  площадь  200  см2  и  находится  в  однородном  магнитном  

поле   с   индукцией   1   Тл   перпендикулярном   плоскости   кольца.   Какая   средняя   сила  тока  возникнет  в  кольце,  если  резко  сжать  его  (время  сжатия  0.1  с).  Сопротивление  кольца  0.1  Ом    (считать,  что  площадь  кольца  в  конце  равна  0).  

a. Магнитный  поток  в  начале:______________________________  b. Изменение  магнитного  потока:______________________________  c. Средняя  ЭДС:______________________________  d. Средняя  сила  тока:______________________________  6. Магнитное   поле   в   некоторой   области   пространства  

изменяется   во   времени   по   закону   изображенном   на  графике.     В   магнитное   поле   помещена   замкнутая  проводящая   катушка,   так,   что   магнитные   линии  перпендикулярны   плоскости   каждого   витка.  Определите:  

a. Участок,  на  котором  через  катушку  течет  максимальный  ток.  

b. Участок,  на  котором  через  катушку  не  течет  ток.  c. Точки,  в  которых  ток  через  катушку  меняет  направление.  

   

B  

t  

7. На  рисунке  изображен  электродинамический  микрофон,  устройство,  которое  превращает  звуковые  колебания  воздуха  в  колебания  электрического  тока.  Рассмотрите  картинки  и  правильно  поставьте  цифры  к  поясняющим  надписям:  1-­‐  проводящая  катушка  (с  которой  снимается  напряжение)  2-­‐  тонкая  эластичная  пленка  (диафрагма)  3  –  постоянный  магнит  4-­‐  гибкая  подвеска  диафрагмы  5  –  ферромагнетик,  усиливающий  действие  магнита.      

8. Определите  направление  индукционного  тока  в  следующих  случаях.  

                                                           9.2        Практическая  работа:  Изучение  явления  электромагнитной  индукции.  1.  Подключите  к  проводящей  катушке  датчик  тока,   подключенный  к  компьютеру.  Выставите  

подходящее  количество  измерений  в  секунду  и  количество  замеров.  2.   Возьмите   постоянный   магнит   и,   двигая   его   или   катушку,   добейтесь   возникновения  

индукционного  тока.  3.  Исследуйте  зависимость  силы  индукционного  тока  от  каких-­‐либо  характеристик.  Оформите  

работу.  Сделайте  правильный  вывод.      

I  растет  B  растет  

9.3   Генератор.   Амплитуда   ЭДС.   Трансформатор.     Действующее   значение   силы   тока   и  напряжения.  

1.     Две   прямоугольных   проводящих   рамки   со   сторонами   a   и   2а   вращаются  равномерно  с  одной  и  той  же  частотой  вокруг  оси  АС  в  однородном  магнитном  поле.  Чему  равно  отношение  амплитуд  ЭДС,  возникающих  в  рамках?𝜀1 𝜀! =______________

2.    Как  изменится  ответ   задачи  1   если  частота  вращения  первой  рамки  будет  равна  10  Гц,  а  частота  вращения  второй  рамки  4  Гц?  𝜀1 𝜀! =______________  

3.  Две  квадратные  рамки  вращаются  с  одинаковой  частотой  вокруг  оси  АС,  как  показано   на   рисунке.   Чему   равно   отношение   амплитуд   ЭДС,   возникающих   в  рамках?𝜀1 𝜀! =______________  

4.   Проводящая   катушка   вращается   в   однородном   магнитном   поле.   Как  соотносится  частота  изменения  ЭДС  в  катушке  с  частотой  вращения  катушки?  

а.  Частота  изменения  ЭДС  больше  частоты  вращения.  б.  Частота  изменения  ЭДС  меньше  частоты  вращения.  в.  Частота  изменения  ЭДС  равна  частоте  вращения.  г.  Частота  изменения  ЭДС  не  зависит  от  частоты  вращения.  

5.   На   рисунке   представлен   схематичный   рисунок   генератора   переменного   тока.   Рассмотрите  рисунок  и  поставьте  в  соответствие  между  названием  элементов  и  их  назначением.  

 Статор   Вращающийся  магнит  Ротор   Проводник,   в   котором   возникает   ЭДС   при  

вращении  магнитного  ротора.  Обмотка   Ферромагнитный   неподвижный   элемент,   с  

намотанными   проводами,   в   которых  возникает  ЭДС  индукции.  

Вал  ротора   Ось,   на   которой   вращается   магнит  (приводится   во   вращение   внешним  источником  энергии)  

6.     Рассмотрите   схематичный   рисунок   трансформатора.   Подпишите  название   основных   его   элементов,   считая,   что   этот   трансформатор  понижает  напряжение.  

7.     У   нас   имеется   источник   переменного   напряжения   и   лампочка.    Дорисуйте   их,   правильно   изобразив   подключение   к   трансформатору  (трансформатор  понижающий).  

8.  Выберите  правильные  утверждения:    а.   Трансформатор   преобразует   (увеличивает   или   уменьшает)   любое  

напряжение,  проходящее  через  него.  б.  Трансформатор  способен  преобразовывать  только  переменное  напряжение.  в.   Электрическая   энергия,   передаваемая   трансформатором,   может   только   уменьшаться   (не  

увеличивается).  г.     В   трансформаторе   изменяющийся   ток   в   первичной   обмотке   создает   изменяющееся  

магнитное  поле,  а  оно,  в  свою  очередь,  создает  переменное  ЭДС.  д.     Если   трансформатор   повышает   напряжение,   на   первичной   обмотке   у   него   должно   быть  

больше  витков.  9.   Трансформатор   имеет   400   витков   на   первичной   обмотке   и   1000   на   вторичной   обмотке.   К  

первичной  обмотке  подключают  источник  переменного  напряжения  200  В.  Определите  напряжение  на  выходе?______________________________  

10.  Какое  напряжение  будет  на  первичной  обмотке  из  задачи  9,  если  к  вторичной  подключить  переменное  напряжение  200В  (перепутать  первичную  и  вторичную  обмотки)?_______________________  

11.   Повышающий   трансформатор,   повышает   напряжение   от   10   В   до   25   В.   К   трансформатору  подключили  лампочку  сопротивлением  10  Ом.  Определите  силу  тока  через  первичную    и  вторичные  обмотки  трансформатора.  

       12.   К   розетке   бытовой   сети   подключили   настольную   лампу.   Затем   мультиметром   померили  

силу   тока  и  напряжения  в  лампе.  Мультиметр  показал   значения  220В  и  0,5  А.  Что   это   за   значения:  действующие  или  амплитудные  (подчеркните  нужное)?  

13.   Амплитудное   значение   тока   в   цепи   равно   1   А.   Чему   равно   действующее   значение  тока?__________  

14.   Действующее   значение   напряжения   на   клеммах   генератора   равно   20   В.   Чему   равно  амплитудное  значение  напряжения?_____________________  

 9.3   Явление   самоиндукции.     Вихревое   электрическое   поле.   Индуктивность.     ЭДС  

самоиндукции.  Индуктивное  сопротивление.  Емкостное  сопротивление.    1. Найдите   хотя   бы   два   отличия   вихревого   электрического   поля   от   электростатического  

электрического  поля:_______________________________________      и  _________________________________________  2. Для  создания  вихревого  электрического  поля  нужно  (выберите  правильные  варианты):  

a. Создать  постоянны  электрический  ток.  b. Создать  изменяющееся  магнитное  поле.  c. Создать  ток  и  изменять  его.  d. Двигать  заряженную  частицу.  e. Иметь  неподвижное  заряженное  тело.  f. Двигать  проводник  с  электрическим  током.  

3. Имеется  катушка  индуктивности    с  L=0.1  Гн.      a. Чему  будет  равен  магнитный  поток  внутри  этой  катушке,  при  протекании  в  ней  тока  

1  А?  b. Какая  ЭДС  самоиндукции  возникнет  при  изменении  силы  тока  в  этой  катушке  от  1  А  

до  0  за  10  мс?  4. К  источнику  напряжения  подключили  последовательно  лампочку  и  катушку  индуктивности  с  

очень  большой  индуктивностью.  Опишите,  что  в  этом  случае  изменится  в  электрической  цепи:  a. в  момент  замыкания  ключа  (замыкания)____________________________________  b. в  момент  размыкания  ключа  (размыкания  цепи)_______________________________  

5. Имеется   катушка   индуктивности     и   лампочка.     Нарисуйте   схему  подключения  катушки  индуктивности  к  источнику  напряжения  так,  чтобы  лампочка  могла  гореть  небольшое  время  после  размыкания  цепи.  

6. Назначение  электрического  конденсатора  состоит  в  том  чтобы:  a. Конденсировать  электрический  ток  в  проводе.  b. Накапливать  и,  затем,  отдавать  электрический  заряд.  c. Накапливать  электрическую  энергию.  d. Препятствовать  резкому  изменению  силы  тока.  

7. Конденсатор,   емкостью   100   мФ   подключили   к   источнику   постоянного   напряжения   20   В.  Какой  заряд  будет  на  конденсаторе?  

8. Конденсатор,   емкостью   1   Ф   подключили   к   переменному   источнику   напряжения   с  действующим  значением  20  В.  Определите  максимальный  заряд,  который  соберется  на  конденсаторе  в  этой  цепи.  

9. Конденсатор   подключили   в   цепь   переменного   напряжения   так,   что   амплитуда   тока   в   цепи  стала   равна   10   мА.   Как   изменится   амплитуда   тока   в   цепи,   если   частоту   переменного   напряжения  увеличить  в  2  раза?  

a. Как  изменится  в  этом  случае  емкостное  сопротивление?_______________________________  b. Как  изменится  амплитуда  силы  тока?____________________________________  

10. Определите   действующее   значение   силы   тока   в   цепи   с   переменным   напряжением,   если  амплитуда  напряжения   в   цепи  равна   20  В,   частота     переменного  напряжения  равна   50   Гц  и   в   цепь  подключен:  

a. Конденсатор,  емкостью  1000  мкФ.  b. Катушка  индуктивности  0.2  Гн.  c. Активное  сопротивление  100  Ом.  

11. В   цепь   с   переменным   напряжением   параллельно   подключили   конденсатор,   катушку  индуктивности  и  активное  сопротивление.  Частоту  колебания  напряжения  стали  плавно  уменьшать,  как   при   этом   будут   изменяться   сопротивления   элементов   и   сила   тока   на   них.   Свяжите  соответствующие  элементы  всех  трех  столбиков.  Конденсатор   Сопротивление  постоянно   Амплитуда  силы  тока  увеличивается  Катушка  индуктивности   Сопротивление  увеличивается   Амплитуда  силы  тока  уменьшается  Активное  сопротивление   Сопротивление  уменьшается   Амплитуда  силы  тока  постоянна.  

12.   Как   объяснить,   что   пападание   человека   под   высокое   напряжение   в   случае   переменного  напряжения   более   опасно,   чем   в   случае   постоянного   напряжения?   Каким   сопротивлением    обладает   человек,   если   при   увеличении   частоты   переменного   напряжения,   напряжение  становится  более  опасным  для  него?