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

1. Опишите интересные вещи, которые вы могли бы наблюдать, еслибы знак изменения магнитного потока в законе электромагнитной индукции был положительным.

1. Закон электромагнитной индукции Фарадея в его полной форме записывается как $\mathcal{E}_{ind} = - \frac{d\Phi_B}{dt}$, где $\mathcal{E}_{ind}$ — электродвижущая сила (ЭДС) индукции, а $\frac{d\Phi_B}{dt}$ — скорость изменения магнитного потока через контур. Знак «минус» в этой формуле является математическим выражением правила Ленца, которое гласит, что возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, что его собственное магнитное поле противодействует изменению внешнего магнитного потока, вызвавшего этот ток. Этот принцип является следствием закона сохранения энергии.

Если бы в этом законе знак был положительным ($\mathcal{E}_{ind} = + \frac{d\Phi_B}{dt}$), это привело бы к катастрофическим и совершенно фантастическим последствиям, так как нарушался бы фундаментальный закон сохранения энергии.

Рассмотрим, что бы произошло на конкретном примере. Допустим, мы вносим северный полюс магнита в проводящую катушку. При этом магнитный поток через катушку увеличивается.

• В нашем реальном мире (со знаком «минус»): Индукционный ток создает магнитное поле, направленное против поля магнита (создается северный полюс, отталкивающий магнит). Чтобы протолкнуть магнит в катушку, нужно совершить механическую работу против сил отталкивания. Эта работа и преобразуется в энергию индукционного тока. Энергия сохраняется.

• В гипотетическом мире (со знаком «плюс»): Изменение потока вызвало бы индукционный ток, который бы, наоборот, усиливал это изменение. То есть, катушка создала бы магнитное поле, направленное в ту же сторону, что и поле магнита. На торце катушки, обращенном к магниту, возник бы южный полюс. Этот южный полюс начал бы притягивать северный полюс магнита, ускоряя его движение в катушку. Ускорение магнита привело бы к еще более быстрому изменению магнитного потока, что, в свою очередь, породило бы еще больший индукционный ток, создающий еще более сильное притягивающее поле. Возникла бы положительная обратная связь: процесс самоусиливался бы лавинообразно. Магнит бы с огромным ускорением влетел в катушку, а сила тока в ней возросла бы до бесконечности (или до разрушения катушки). При этом кинетическая энергия магнита и тепловая энергия, выделяемая током, возникли бы из ничего, что прямо нарушает закон сохранения энергии.

Таким образом, в таком мире можно было бы создать «вечный двигатель», генерирующий неограниченное количество энергии. Любое случайное колебание магнитного поля не затухало бы, а экспоненциально нарастало. Проводники бы спонтанно разогревались и плавились, возникали бы огромные неконтролируемые магнитные силы. Стабильное существование материи и электромагнитных явлений, как мы их знаем, было бы невозможным. Вселенная была бы крайне нестабильной.

Ответ: Если бы знак в законе электромагнитной индукции был положительным, это привело бы к нарушению закона сохранения энергии. Любое изменение магнитного потока вызывало бы самоусиливающийся лавинообразный процесс, ведущий к бесконечному росту тока и магнитных полей. Это позволило бы создавать неограниченное количество энергии из ничего, но сделало бы Вселенную фундаментально нестабильной и непригодной для существования.