Номер 5, страница 121 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

5. Где применяются катушки с током?

Решение

Катушка с током (также известная как соленоид или электромагнит) является одним из фундаментальных элементов в электротехнике и электронике. Её основное свойство — создание магнитного поля при прохождении через неё электрического тока. Это явление лежит в основе работы множества устройств. Сила и конфигурация этого поля зависят от силы тока, количества витков и наличия сердечника. Магнитная индукция $B$ внутри длинного соленоида описывается формулой: $B = \mu \mu_0 n I$, где $I$ — сила тока, $n$ — число витков на единицу длины, $\mu_0$ — магнитная постоянная, а $\mu$ — магнитная проницаемость сердечника.

Благодаря способности создавать управляемое магнитное поле, катушки с током находят широкое применение в различных областях:

• Электромагниты: Это простейшее и наиболее прямое применение. Катушка с железным сердечником становится сильным магнитом при пропускании тока. Они используются в:
  • грузоподъемных кранах на металлургических заводах и в портах для перемещения ферромагнитных грузов;
  • электромагнитных реле для коммутации электрических цепей;
  • электрических звонках и замках;
  • тормозных системах поездов и трамваев.
• Электродвигатели и генераторы: Катушки (обмотки) являются неотъемлемой частью как статора (неподвижной части), так и ротора (вращающейся части). Взаимодействие магнитных полей, создаваемых этими катушками, приводит к возникновению вращающего момента (в двигателях) или к генерации ЭДС индукции (в генераторах).
• Трансформаторы: Устройство состоит из двух или более катушек (обмоток), намотанных на общий сердечник. Переменный ток в первичной обмотке создает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует ток вo вторичной обмотке, позволяя повышать или понижать напряжение.
• Катушки индуктивности (дроссели): В электронике катушки используются как индуктивные элементы для накопления энергии в магнитном поле и для противодействия изменениям тока. Они являются ключевыми компонентами в:
  • фильтрах частот (например, в аудиосистемах для разделения низких и высоких частот);
  • колебательных контурах (в радиоприемниках и передатчиках для настройки на определенную частоту);
  • импульсных источниках питания.
• Аудиотехника: В динамических громкоговорителях (динамиках) к диффузору прикреплена катушка, помещенная в поле постоянного магнита. Протекающий через катушку переменный ток звуковой частоты заставляет её колебаться вместе с диффузором, создавая звуковые волны. В динамических микрофонах процесс обратный.
• Медицина: В аппаратах магнитно-резонансной томографии (МРТ) используются сверхмощные сверхпроводящие катушки для создания очень сильного и однородного магнитного поля, необходимого для получения изображений внутренних органов человека.
• Научные исследования: В ускорителях заряженных частиц (например, в Большом адронном коллайдере) мощные электромагниты на основе катушек используются для управления траекторией и фокусировки пучков частиц.
• Бытовая техника: Индукционные плиты используют катушку для создания высокочастотного переменного магнитного поля, которое индуцирует вихревые токи в дне металлической посуды, нагревая её. Системы беспроводной зарядки гаджетов также работают по принципу электромагнитной индукции между передающей и приемной катушками.

Ответ:

Катушки с током применяются в качестве электромагнитов (в кранах, реле, замках), в качестве обмоток в электродвигателях, генераторах и трансформаторах, как катушки индуктивности в электронных схемах (фильтры, колебательные контуры), в звуковоспроизводящей аппаратуре (динамики, микрофоны), в медицинском оборудовании (МРТ), в научных установках (ускорители частиц) и в бытовой технике (индукционные плиты, беспроводные зарядные устройства).