Решение

Республиканская олимпиада 2010 11 класс № 3

Часть 1. Круглый генератор.

Переменное магнитное поле порождает вихревое электрическое поле. В данном случае силовыми линиями электрического поля будут концентрические окружности, плоскость которых перпендикулярна линиям индукции магнитного поля. Рассмотрим кольцо радиуса . Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, переменной магнитное поле порождает в нем ЭДС индукции равную

где - магнитный поток через это кольцо. Следовательно, ЭДС индукции этого кольца равна

Электрическое сопротивление кольца равно

Если пренебречь сопротивлением амперметра, то сила тока через него будет равна

Действующее значение силы тока, соответственно, в этом случае равно


Если учесть сопротивление амперметра, то для каждого кольца можно записать

Разделим эти уравнения на и просуммируем по всем кольцам, в итоге получим

Сумма в числителе подсчитана. Вычислим сумму проводимостей

Теперь можно записать окончательное выражение для действующего значения силы тока в этом случае

Часть 2. Прямоугольный генератор.

На каждый электрон в движущемся проводнике в области магнитного поля действует сила Лоренца

Эта сила совершает работу по перемещению электрона поперек движущейся ленты, то есть создает ЭДС, равную

Электрическое сопротивление участка ленты, находящейся в электрическом поле, равно

По закону Ома сила тока в контуре определяется выражением

Со стороны магнитного поля на этот ток действует сила Ампера, направленная в сторону противоположную вектору скорости ленты и равная

Чтобы лента двигалась равномерно, необходимо ее тянуть с такой же по модулю силой. Эта сила развивает мощность

Мощность, выделяющаяся на резисторе может быть рассчитана по закону Джоуля-Ленца

Наконец, КПД генератора равно

что равно традиционному отношению сопротивления нагрузки к полному сопротивлению цепи.