Номер 1, страница 172, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

Объясните

При приближении одного из полюсов магнита к катушке в ней возникает индукционный ток. Как, опираясь на закон сохранения энергии, можно предсказать направление индукционного тока?

Решение

Согласно закону сохранения энергии, энергия не может возникать из ниоткуда и исчезать в никуда, она лишь преобразуется из одного вида в другой. Возникновение индукционного тока в катушке означает появление электрической энергии. Эта энергия, например, может превращаться в тепловую энергию, нагревая проводник катушки.

Источником этой электрической энергии является механическая работа, которую совершает внешняя сила, перемещающая магнит относительно катушки. Чтобы совершать положительную механическую работу ($A > 0$), необходимо, чтобы сила, с которой мы двигаем магнит, была направлена в сторону движения и преодолевала силу сопротивления. Это означает, что со стороны катушки на приближающийся магнит должна действовать сила отталкивания, препятствующая его движению.

Индукционный ток, протекающий в катушке, создает собственное магнитное поле, превращая катушку в электромагнит. Сила отталкивания между катушкой и магнитом возникнет в том случае, если полюс магнитного поля катушки, обращенный к магниту, будет одноименным с приближающимся полюсом магнита. Например, если к катушке приближается северный полюс магнита (N), то на торце катушки, обращенном к магниту, также должен возникнуть северный полюс (N). Если приближается южный полюс (S), то на торце катушки должен возникнуть южный полюс (S).

Зная, какой магнитный полюс создается на торце катушки, можно однозначно определить направление индукционного тока с помощью правила правой руки (правила обхвата): если направить большой палец правой руки по направлению вектора магнитной индукции внутри катушки (от южного полюса к северному), то согнутые четыре пальца укажут направление тока в витках.

Таким образом, требование выполнения закона сохранения энергии позволяет предсказать, что индукционный ток будет иметь такое направление, чтобы его магнитное поле противодействовало причине, его вызывающей. Этот вывод известен как правило Ленца. Если бы поле катушки притягивало магнит, то магнит бы сам ускорялся в сторону катушки, его кинетическая энергия росла бы, и ток бы также увеличивался без совершения внешней работы, что противоречило бы закону сохранения энергии (это был бы "вечный двигатель").

Ответ: Опираясь на закон сохранения энергии, можно сделать вывод, что механическая работа по перемещению магнита преобразуется в электрическую энергию тока. Это возможно только если при сближении магнита и катушки возникает сила отталкивания, которую необходимо преодолевать. Сила отталкивания означает, что магнитное поле индукционного тока направлено так, чтобы у катушки со стороны магнита образовался одноименный полюс. Зная полярность катушки, по правилу правой руки можно определить направление индукционного тока.