Как найти амплитуду эдс

Упр.4 Задание 4 ГДЗ Мякишев 11 класс (Физика)

©Reshak.ru — сборник решебников для учеников старших классов. Здесь можно найти решебники, ГДЗ, переводы текстов по школьной программе. Практически весь материал, собранный на сайте — авторский с подробными пояснениями профильными специалистами. Вы сможете скачать гдз, решебники, улучшить школьные оценки, повысить знания, получить намного больше свободного времени.

Главная задача сайта: помогать школьникам и родителям в решении домашнего задания. Кроме того, весь материал совершенствуется, добавляются новые сборники решений.

Найдите амплитуду ЭДС, наводимой в рамке, вращающейся в однородном магнитном поле, если частота вращения составляет 50 об/с, площадь рамки 100 см2 и магнитная индукция 0,2 Тл.

Ответ:

Решебник по физике за 11 класс (Г.Я Мякишев, Б.Б. Буховцев, 2000 год),
задача №4
к главе «Глава 2. Электромагнитные колебания».

Период, частота, амплитуда и фаза переменного тока

Время, в течение которого совершается одно полное изме­нение ЭДС, то есть один цикл колебания или один полный оборот радиуса-вектора, называется периодом колебания пере­менного тока (рисунок 1).

Рисунок 1. Период и амплитуда синусоидального колебания. Период — время одного колебания; Аплитуда — его наибольшее мгновенное значение.

Период выражают в секундах и обозначают буквой Т.

Так же используются более мелкие единицы измерения периода это миллисекунда (мс)- одна тысячная секунды и микросекунда (мкс)- одна миллионная секунды.

1 мс =0,001сек =10 -3 сек.

1 мкс=0,001 мс = 0,000001сек =10 -6 сек.

Число полных изменений ЭДС или число оборотов ради­уса-вектора, то есть иначе говоря, число полных циклов колеба­ний, совершаемых переменным током в течение одной секунды, называется частотой колебаний переменного тока.

Частота обо­значается буквой f и выражается в периодах в секунду или в герцах.

Одна тысяча герц называется килогерцом (кГц), а миллион герц — мегагерцом (МГц). Существует так же единица гигагерц (ГГц) равная одной тысячи мегагерц.

1000 Гц = 10 3 Гц = 1 кГц;

1000 000 Гц = 10 6 Гц = 1000 кГц = 1 МГц;

1000 000 000 Гц = 10 9 Гц = 1000 000 кГц = 1000 МГц = 1 ГГц;

Чем быстрее происходит изменение ЭДС, то есть чем бы­стрее вращается радиус-вектор, тем меньше период колебания Чем быстрее вращается радиус-вектор, тем выше частота. Таким образом, частота и период переменного тока являются величинами, обратно пропорциональными друг другу. Чем больше одна из них, тем меньше другая.

Математическая связь между периодом и частотой переменного тока и напряжения выра­жается формулами

Например, если частота тока равна 50 Гц, то период будет равен:

Т = 1/f = 1/50 = 0,02 сек.

И наоборот, если известно, что период тока равен 0,02 сек, (T=0,02 сек.), то частота будет равна:

f = 1/T=1/0,02 = 100/2 = 50 Гц

Частота переменного тока, используемого для освещения и промышленных целей, как раз и равна 50 Гц.

Частоты от 20 до 20 000 Гц называются звуковыми часто­тами. Токи в антеннах радиостанций колеблются с частотами до 1 500 000 000 Гц или, иначе говоря, до 1 500 МГц или 1,5 ГГц. Такие вы­сокие частоты называются радиочастотами или колебаниями высокой частоты.

Наконец, токи в антеннах радиолокационных станций, станций спутниковой связи, других спецсистем (например ГЛАНАСС, GPS) колеблются с частотами до 40 000 МГц (40 ГГц) и выше.

Амплитуда переменного тока

Наибольшее значение, которого достигает ЭДС или сила тока за один период, называется амплитудой ЭДС или силы переменного тока. Легко заметить, что амплитуда в масштабе равна длине радиуса-вектора. Амплитуды тока, ЭДС и напряжения обозначаются соответственно бук­вами Im, Em и Um (рисунок 1).

Угловая (циклическая) частота переменного тока.

Скорость вращения радиуса-вектора, т. е. изменение ве­личины угла поворота в течение одной секунды, называется угловой (циклической) частотой переменного тока и обозначается греческой буквой ? (оме­га). Угол поворота радиуса-вектора в любой данный момент относительно его начального положения измеряется обычно не в градусах, а в особых единицах — радианах.

Радианом называется угловая величина дуги окружности, длина которой равна радиусу этой окружности (рисунок 2). Вся окружность, составляющая 360°, равна 6,28 радиан, то есть 2.

Рисунок 2. Радиан.

1рад = 360°/2

Следовательно, конец радиуса-вектора в течение одного периода пробегают путь, равный 6,28 радиан (2). Так как в тече­ние одной секунды радиус-вектор совершает число оборотов, равное частоте переменного тока f, то за одну секунду его ко­нец пробегает путь, равный 6,28 * f радиан. Это выражение, характеризующее скорость вращения радиуса-вектора, и будет угловой частотой переменного тока — ? .

? = 6,28*f = 2f

Фаза переменного тока.

Угол поворота радиуса-вектора в любое данное мгновение относительно его начального положения называется фазой переменного тока. Фаза характеризует величину ЭДС (или тока) в данное мгновение или, как говорят, мгновенное значение ЭДС, ее направление в цепи и направление ее изменения; фаза пока­зывает, убывает ли ЭДС или возрастает.

Рисунок 3. Фаза переменного тока.

Полный оборот радиуса-вектора равен 360°. С началом но­вого оборота радиуса-вектора изменение ЭДС происходит в том же порядке, что и в течение первого оборота. Следова­тельно, все фазы ЭДС будут повторяться в прежнем поряд­ке. Например, фаза ЭДС при повороте радиуса-вектора на угол в 370° будет такой же, как и при повороте на 10°. В обо­их этих случаях радиус-вектор занимает одинаковое положе­ние, и, следовательно, мгновенные значения ЭДС будут в обоих этих случаях одинаковыми по фазе.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Основные сведения о физическом явлении самоиндукции — понятие, описание процесса

Результатом взаимного влияния друг на друга электрического и магнитного полей является закон электромагнитной индукции, открытый великим физиком М. Фарадеем. На этом законе основан принцип взаимоиндукции, который широко используется на практике, например, в трансформаторах переменного тока. Частный случай явления электромагнитной индукции — самоиндукция. Дадим определение понятию самоиндукции.

Самоиндукция — явление возникновения электродвижущей силы в проводнике в результате изменения тока, протекающего по проводнику.

Возникающую при этом явлении ЭДС называют ЭДС самоиндукции, а ток — индукционным.

Взаимоиндукция (взаимная индукция) — возникновение тока в одной из двух индукционно связанных обмоток при изменении тока в другой.

Так же как и закон электромагнитной индукции, явление самоиндукции наблюдается в замкнутом контуре и не наблюдается в прямом проводнике.

Описание явления самоиндукции: суть явления, пояснение на примерах

Направление возникающего при самоиндукции тока определяется по правилу Ленца.

Индукционный ток в цепи направлен так, чтобы уменьшить действие вызвавшего его внешнего поля.

Кратко опишем процесс появления самоиндукции в проводнике. Возьмем простой замкнутый контур, состоящий из катушки, двух ламп накаливания и источника тока.

Если подключить схему к источнику, можно наблюдать, как при замыкании цепи лампа за катушкой будет загораться позже другой лампы. При размыкании цепи лампа за катушкой также потухнет позже.

После замыкания ключа по цепи начинает проходить ток, при этом сила тока будет постепенно нарастать в течение некоторого времени. В результате через витки катушки начинает проходить равномерный магнитный поток, также нарастающий со временем.

По закону электромагнитной индукции под действием меняющегося во времени магнитного поля образуется вихревое поле и, следовательно, индукционный ток. По правилу Ленца направление индукционного тока будет противоположным направлению тока источника, именно по этой причине лампа загорается не сразу после замыкания ключа.

Теперь отключим источник тока. Сила тока в цепи начнет убывать, как и магнитный поток, проходящий через обмотку катушки. Индукционный ток при этом будет сонаправлен с током источника. Лампа, находящаяся за катушкой, потухнет спустя некоторое время после размыкания ключа.

При резком размыкании цепи можно столкнуться с таким явлением, как скачок тока. Значение величины ЭДС самоиндукции в этот момент может значительно превышать ЭДС источника энергии.

Резкое возрастание тока в цепи при ее размыкании находит применение в системах зажигания двигателей внутреннего сгорания и сетевых фильтрах (с помощью явления самоиндукции сглаживаются скачки напряжения и заполняются «провалы»).

Не стоит путать ЭДС индукции и ЭДС самоиндукции. Основное отличие этих двух явлений состоит в том, что ЭДС индукции возникает при изменении магнитного потока, пронизывающего проводящий контур. Первичная причина появления ЭДС самоиндукции заключается в изменении тока, проходящего по контуру.

Единицы измерения самоиндукции

Самоиндукцию характеризуют такие величины, как индукционный ток, собственный магнитный поток витка или витков и ЭДС самоиндукции.

Сила индукционного тока измеряется в Амперах (А), магнитный поток — Веберах (Вб).

Единица измерения ЭДС — вольты (В).

В наименовании ЭДС присутствует слово «сила», однако, ЭДС не является силой с точки зрения физики. Поэтому нельзя считать, что ЭДС измеряется в Ньютонах (Н).

ЭДС самоиндукции

ЭДС самоиндукции в общем виде зависит от величины изменения магнитного потока Ф, пронизывающего контур, то есть от скорости его изменения:

Знак минус в выражении для ЭДС отображает правило Ленца для направления индукционного тока.

Магнитный поток можно определить по формуле:

где i — ток в контуре, А;

L — коэффициент самоиндукции или индуктивность, Гн (Генри).

На величину индуктивности влияют следующие параметры проводника:

• геометрии контура;
• размеров контура;
• магнитной проницаемости среды.

Чтобы найти величину ЭДС без учета направления тока, берут модуль от представленного выше выражения:

ε = — ∆ Ф ∆ t = ∆ Ф ∆ t

Параметры контура и среды не меняются во времени в отличие от тока. Тогда, поставив вместо магнитного потока Ф выражение L\cdot i, получим формулу для нахождения ЭДС:

ε = — ∆ Ф ∆ t = — L ∆ i ∆ t

Скорость изменения тока есть первая производная от функции тока.

Если ток в цепи меняется по синусоидальному закону, ЭДС будет равна:

ε = — L d i d t = — L · i m a x · d d t ( sin ( ω t ) ) = — L · i m a x · ω · cos ( ω t ) = — — L · i m a x · ω · sin ( ω t + π / 2 ) .

То есть ЭДС самоиндукции в этом случае отстает от тока по фазе на π / 2 .

Примеры решения задач

Имеется контур, индуктивность которого постоянна и равна 0,004 Гн. Известно, что через пять секунд после подключения источника тока магнитный поток, пронизывающий контур, изменился от 0 до 0,008 Вб. Найти изменение тока и ЭДС самоиндукции через пять секунд после включения цепи.

Из формулы для магнитного потока выразим силу тока и найдем ее значение.

Ф = L · i → i = Ф L = 0 , 008 0 , 004 = 2 A

ЭДС самоиндукции равна:

За 5 секунд сила тока изменилась на 2 А. Подставив значения в выражение для ЭДС, найдем ее значение:

ε = — 0 , 004 · 2 5 = — 0 , 0016 В

Ответ: Δi=2 A; ЭДС=1,6 мВ.

Ток в цепи меняется по синусоидальному закону. Известно, что среднее квадратическое значение силы тока в цепи равно 4 / 2 . Найти амплитуду ЭДС, если индуктивность цепи равна 0,001 Гн, а циклическая частота 100 1/с.

Амплитуда ЭДС в случае синусоидального тока равен:

ε m a x = L · i m a x · ω

Среднее квадратическое значение тока (действующее значение) и амплитуда связаны отношением: i д = i m a x 2 .