Номер 32.12, страница 234 - гдз по физике 10-11 класс задачник Гельфгат, Генденштейн

Физика, 10-11 класс Задачник, авторы: Гельфгат Илья Маркович, Генденштейн Лев Элевич, Кирик Леонид Анатольевич, издательство Илекса, Москва, 2008, красного цвета

Авторы: Гельфгат И. М., Генденштейн Л. Э., Кирик Л. А.

Тип: Задачник

Издательство: Илекса

Год издания: 2008 - 2025

Уровень обучения: профильный

Цвет обложки: красный лупа, парень едет на велосипеде

ISBN: 978-5-89237-252-7

Популярные ГДЗ в 10 классе

Упражнения. 32. Электромагнитная индукция. Магнитное поле. Электродинамика - номер 32.12, страница 234.

№32.12 (с. 234)
Условие. №32.12 (с. 234)
скриншот условия
Физика, 10-11 класс Задачник, авторы: Гельфгат Илья Маркович, Генденштейн Лев Элевич, Кирик Леонид Анатольевич, издательство Илекса, Москва, 2008, красного цвета, страница 234, номер 32.12, Условие Физика, 10-11 класс Задачник, авторы: Гельфгат Илья Маркович, Генденштейн Лев Элевич, Кирик Леонид Анатольевич, издательство Илекса, Москва, 2008, красного цвета, страница 234, номер 32.12, Условие (продолжение 2)

32.12. Два одинаковых сверхпроводящих кольца могут свободно перемещаться вдоль одной прямой, причем плоскости колец остаются перпендикулярными этой прямой (см. рисунок). В начальный момент расстояние между кольцами намного превышает их размеры; по кольцам текут в одном направлении одинаковые токи $I_0$. Какие токи $\text{I}$ уста- новятся в кольцах после того, как они сблизятся вплотную? Как при этом изменится энергия магнитного поля?

☑ $I = I_0/2$; энергия поля уменьшится вдвое.

Решение. После сближения колец их поля дают одинако- вый вклад в общий магнитный поток. Поскольку магнит- ный поток через каждое из колец остается неизменным (см. задачу 32.3), $LI_0 = 2LI$, где $\text{L}$ — индуктивность коль- ца. Отсюда $I = I_0/2$. Сблизившиеся кольца, по которым текут токи $I_0/2$, создают такое же магнитное поле, как одно кольцо с током $I_0$. Следовательно, энергия магнит- ного поля составляет теперь половину начальной энергии поля. Другая половина начальной энергии перешла в ки- нетическую энергию колец и в энергию электромагнитного излучения, возникающего при ускоренном движении притягивающихся колец.

Решение. №32.12 (с. 234)

Дано

Два одинаковых сверхпроводящих кольца
Начальный ток в каждом кольце: $I_0$
Начальное расстояние между кольцами велико ($d_0 \rightarrow \infty$)
Конечное расстояние между кольцами пренебрежимо мало ($d_f \rightarrow 0$)

Найти

Конечный ток в кольцах: $I - ?$
Изменение энергии магнитного поля: $\frac{W_{кон}}{W_{нач}} - ?$

Решение

Поскольку кольца являются сверхпроводящими, полный магнитный поток, пронизывающий каждое из колец, сохраняется в процессе их сближения.

Магнитный поток $\Phi$, пронизывающий одно из колец, складывается из потока от собственного тока (определяемого индуктивностью $L$) и потока от тока в другом кольце (определяемого взаимной индуктивностью $M$). Для первого кольца:
$\Phi_1 = L I_1 + M I_2$

В начальном состоянии кольца находятся очень далеко друг от друга. В этом случае их взаимная индукция пренебрежимо мала, $M_{нач} \approx 0$. Ток в каждом кольце равен $I_0$. Таким образом, начальный магнитный поток через каждое кольцо составляет:
$\Phi_{нач} = L I_0 + M_{нач} I_0 \approx L I_0$

В конечном состоянии кольца сближаются вплотную. В этом положении почти весь магнитный поток, создаваемый одним кольцом, проходит через другое. Это означает, что коэффициент взаимной индукции становится практически равным индуктивности одного кольца: $M_{кон} \approx L$. Обозначим конечный ток в каждом кольце через $I$ (токи будут одинаковы из-за симметрии системы). Конечный магнитный поток через каждое кольцо:
$\Phi_{кон} = L I + M_{кон} I \approx L I + L I = 2LI$

Из закона сохранения магнитного потока для сверхпроводящего контура имеем $\Phi_{нач} = \Phi_{кон}$:
$L I_0 = 2LI$
Отсюда находим конечный ток $I$:
$I = \frac{I_0}{2}$

Теперь определим, как изменилась энергия магнитного поля системы. Полная энергия магнитного поля двух индуктивно связанных контуров вычисляется по формуле:
$W = \frac{1}{2} L I_1^2 + \frac{1}{2} L I_2^2 + M I_1 I_2$

Начальная энергия системы, когда $M_{нач} \approx 0$ и $I_1 = I_2 = I_0$:
$W_{нач} = \frac{1}{2} L I_0^2 + \frac{1}{2} L I_0^2 + 0 \cdot I_0^2 = L I_0^2$

Конечная энергия системы, когда $M_{кон} \approx L$ и $I_1 = I_2 = I = I_0/2$:
$W_{кон} = \frac{1}{2} L I^2 + \frac{1}{2} L I^2 + M_{кон} I^2 \approx L I^2 + L I^2 = 2LI^2$
Подставляя найденное значение тока $I = I_0/2$:
$W_{кон} = 2L \left(\frac{I_0}{2}\right)^2 = 2L \frac{I_0^2}{4} = \frac{1}{2} L I_0^2$

Сравним конечную и начальную энергии:
$\frac{W_{кон}}{W_{нач}} = \frac{\frac{1}{2} L I_0^2}{L I_0^2} = \frac{1}{2}$
Следовательно, энергия магнитного поля уменьшилась вдвое.

Уменьшение энергии магнитного поля объясняется тем, что токи в кольцах текут в одном направлении, вызывая их взаимное притяжение. Кольца могут свободно перемещаться, поэтому под действием магнитной силы они ускоряются и сближаются. Работа, совершаемая силами магнитного поля, происходит за счет уменьшения энергии этого поля. Эта "потерянная" магнитная энергия преобразуется в кинетическую энергию движущихся колец, а также в энергию электромагнитного излучения, которое возникает при их ускоренном движении.

Ответ: После сближения ток в каждом кольце станет равен $I = I_0/2$, а энергия магнитного поля системы уменьшится вдвое.

Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.

Присоединяйтесь к Телеграм-группе @top_gdz

Присоединиться

Мы подготовили для вас ответ c подробным объяснением домашего задания по физике за 10-11 класс, для упражнения номер 32.12 расположенного на странице 234 к задачнику 2008 года издания для учащихся школ и гимназий.

Теперь на нашем сайте ГДЗ.ТОП вы всегда легко и бесплатно найдёте условие с правильным ответом на вопрос «Как решить ДЗ» и «Как сделать» задание по физике к упражнению №32.12 (с. 234), авторов: Гельфгат (Илья Маркович), Генденштейн (Лев Элевич), Кирик (Леонид Анатольевич), профильный уровень обучения учебного пособия издательства Илекса.