1. Какие колебания называют вынужденными? Какова частота вынужденных колебаний?
Вынужденными называют колебания, которые возникают в результате воздействия на систему внешней периодической силы. Частота вынужденных колебаний совпадает с частотой внешнего воздействия.
2. При каком условии возникает резонанс? Как вы считаете, резонанс — вредное явление или полезное?
Резонанс возникает, когда частота внешнего воздействия совпадает с собственной частотой колебаний системы. Резонанс может быть как полезным, так и вредным в зависимости от ситуации. Например, в музыкальных инструментах резонанс используется для усиления звука, но в механических системах он может привести к разрушению, если система не выдерживает усиленных колебаний.
3. Как получают переменную ЭДС?
Переменную ЭДС (электрическую напряжённость) получают с помощью устройства, называемого генератором. ЭДС возникает при изменении магнитного потока, который проходит через проводник. Это изменение может быть достигнуто либо вращением проводника в магнитном поле, либо изменением силы и направления магнитного поля относительно проводника.
4. Каковы устройство и принцип действия генератора?
Генератор состоит из катушки, вращающейся в магнитном поле или окружённой магнитным полем. При вращении катушки в магнитном поле через неё проходит изменяющийся магнитный поток, что вызывает индукцию тока. Часто генераторы оснащаются щётками и кольцами для передачи тока на внешнюю цепь.
5. Что такое трансформатор? Каковы его устройство и принцип действия?
Трансформатор — это электрическое устройство, предназначенное для изменения напряжения в цепи переменного тока. Он состоит из двух катушек проводников, которые наматываются на общий магнитопровод. При подаче переменного тока на одну катушку (первичную) изменяющийся магнитный поток индуцирует ЭДС во второй катушке (вторичной). Таким образом, трансформатор позволяет увеличивать или уменьшать напряжение, в зависимости от числа витков в первичной и вторичной катушке.
1. Рамка, имеющая 100 витков, вращается с частотой 15 Гц в однородном магнитном поле индукцией 0,2 Тл. Чему равна площадь рамки, если амплитудное значение возникающей в ней ЭДС 45 В?
Для расчёта амплитудной ЭДС воспользуемся формулой для ЭДС индукции в вращающейся рамке:
E = N * B * A * ω, где E — амплитудное значение ЭДС, N — количество витков, B — магнитная индукция, A — площадь рамки, ω — угловая частота (ω = 2π * f, где f — частота вращения).
Подставляем известные значения:
45 В = 100 * 0,2 Тл * A * 2π * 15 Гц.
Решаем относительно площади A:
A = 45 / (100 * 0,2 * 2π * 15) = 45 / (188,495) ≈ 0,000238 м².
Площадь рамки равна 0,000238 м².
2. Рамка площадью 150 м2 вращается с частотой 10 Гц в однородном магнитном поле индукцией 0,2 Тл. В начальным момент времени нормаль к плоскости рамки была перпендикулярна вектору магнитной индукции поля. Чему равны модуль магнитного пото-ка через рамку и модуль ЭДС, возникающей в рамке? Запишите формулы зависимости от времени магнитного потока и ЭДС.
Магнитный поток через рамку рассчитывается по формуле:
Φ(t) = B * A * cos(ωt), где Φ(t) — магнитный поток через рамку в момент времени t, B — магнитная индукция, A — площадь рамки, ω — угловая частота, t — время.
Для данной задачи:
ω = 2π * f = 2π * 10 Гц = 62,83 рад/с, Φ(t) = 0,2 Тл * 150 м² * cos(62,83 * t).
Модуль ЭДС, возникающей в рамке, равен производной магнитного потока:
E(t) = - dΦ(t) / dt = B * A * ω * sin(ωt).
Подставляем значения:
E(t) = 0,2 * 150 * 62,83 * sin(62,83 * t) ≈ 1887,9 * sin(62,83 * t) В.
Таким образом, магнитный поток через рамку изменяется по закону Φ(t) = 30 * cos(62,83 * t) Вб, а ЭДС по закону E(t) = 1887,9 * sin(62,83 * t) В.
3. Трансформатор, содержащий в первичной обмотке 3600 витков, понижает напряжение с 240 до 12 В. Чему равен коэффициент трансформации? Сколько витков содержит вторичная обмотка?
Коэффициент трансформации (K) определяется как отношение числа витков в первичной обмотке к числу витков во вторичной обмотке:
K = N₁ / N₂ = U₁ / U₂.
K = 240 В / 12 В = 20.
Теперь находим число витков во вторичной обмотке:
N₂ = N₁ / K = 3600 витков / 20 = 180 витков.
Коэффициент трансформации равен 20, а вторичная обмотка содержит 180 витков.
4. Подготовьте сообщение о современных генераторах электрической энергии, используя интернет-ресурсы и другие источники информации.
Современные генераторы электрической энергии представляют собой устройства, которые преобразуют механическую энергию в электрическую с использованием явления электромагнитной индукции. Они могут быть использованы для различных целей — от питания бытовых приборов до крупных электростанций.
Существует несколько типов генераторов:
Турбогенераторы — самые распространённые генераторы на электростанциях, работают на основе паровых или газовых турбин. Гидрогенераторы — используются на гидроэлектростанциях, преобразуют энергию падающей воды в электрическую. Ветрогенераторы — используют силу ветра для вращения лопастей, которые приводят в движение генератор. Дизель-генераторы — применяются в качестве резервных источников питания, работают на дизельном топливе. Современные генераторы могут иметь различные мощности, от небольших устройств, используемых для питания мобильных устройств, до гигантских турбин, которые производят электроэнергию для целых городов. Генераторы обеспечивают необходимое количество энергии для различных отраслей экономики и широко используются в промышленных, бытовых и военных целях.
С развитием технологий генераторы становятся всё более эффективными, экологически чистыми и экономичными. Например, ветряные и солнечные генераторы становятся всё более популярными как возобновляемые источники энергии, что способствует снижению углеродного следа.