Номер 1, страница 361 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

ЕГЭ

1. Электромагнит представляет собой медный провод, намотанный на стальной сердечник. При силе тока $\text{I}$ в сердечнике электромагнит удерживает гирю массой $\text{m}$. Для того чтобы этот электромагнит мог удерживать груз большей массы, не меняя формы сердечника, следует

1) уменьшить число витков

2) увеличить силу тока

3) заменить стальной сердечник на медный

4) изменить направление намотки провода на сердечник

Сила притяжения электромагнита, которая позволяет ему удерживать груз, прямо зависит от создаваемого им магнитного поля. Чтобы удержать груз большей массы, необходимо увеличить силу притяжения, а следовательно, и индукцию магнитного поля электромагнита.

Индукция магнитного поля $\text{B}$ соленоида (которым является электромагнит) определяется формулой:

$B = \mu \mu_0 n I$

где $\mu$ – магнитная проницаемость материала сердечника, $\mu_0$ – магнитная постоянная, $\text{n}$ – число витков на единицу длины катушки ($n = N/L$, где $\text{N}$ – общее число витков, $\text{L}$ – длина намотки), $\text{I}$ – сила тока в обмотке.

Из этой формулы видно, что для увеличения индукции магнитного поля $\text{B}$ (и, соответственно, подъемной силы электромагнита) необходимо либо увеличить число витков $\text{N}$, либо увеличить силу тока $\text{I}$, либо использовать сердечник из материала с большей магнитной проницаемостью $\mu$.

Рассмотрим предложенные варианты:

1) уменьшить число витков

Уменьшение числа витков $\text{N}$ приведет к уменьшению индукции магнитного поля ($B \sim N$), что ослабит электромагнит. Этот вариант не подходит.

2) увеличить силу тока

Увеличение силы тока $\text{I}$ приведет к прямо пропорциональному увеличению индукции магнитного поля ($B \sim I$), что усилит электромагнит и позволит ему удерживать груз большей массы. Этот вариант подходит.

3) заменить стальной сердечник на медный

Сталь является ферромагнетиком и имеет высокую магнитную проницаемость ($\mu \gg 1$), что значительно усиливает магнитное поле. Медь является диамагнетиком, ее магнитная проницаемость незначительно меньше единицы ($\mu \approx 1$). Замена стального сердечника на медный приведет к резкому уменьшению магнитной проницаемости $\mu$ и, как следствие, к значительному ослаблению электромагнита. Этот вариант не подходит.

4) изменить направление намотки провода на сердечник

Изменение направления намотки (или направления тока) приведет к изменению направления вектора магнитной индукции на противоположное, то есть поменяются местами северный и южный полюсы магнита. Однако на величину (модуль) индукции магнитного поля и, следовательно, на подъемную силу это никак не повлияет. Этот вариант не подходит.

Таким образом, для увеличения подъемной силы электромагнита необходимо увеличить силу тока.

Ответ: 2