Номер 1, страница 176, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

Объясните

Металлический лист помещен между полюсами постоянного магнита перпенди-кулярно линиям индукции. Требуетсяли совершить положительную работу для того, чтобы вытащить лист наружу? Еслида, то почему?

Решение

Да, для того чтобы вытащить металлический лист из магнитного поля, потребуется совершить положительную работу. Это явление объясняется законом электромагнитной индукции и правилом Ленца.

1. Когда мы начинаем вытаскивать металлический лист из области между полюсами магнита, изменяется магнитный поток, пронизывающий этот лист. Магнитный поток $ \Phi $ через некоторую поверхность площадью $ S $ в однородном магнитном поле с индукцией $ B $ определяется как $ \Phi = B \cdot S \cdot \cos\alpha $, где $ \alpha $ — угол между вектором магнитной индукции $ \vec{B} $ и нормалью к поверхности. При вытаскивании листа та его часть, что находится в магнитном поле, уменьшается, следовательно, уменьшается и магнитный поток через лист.

2. Согласно явлению электромагнитной индукции, любое изменение магнитного потока через проводящий контур приводит к возникновению в нем электродвижущей силы (ЭДС) индукции. В сплошном проводнике, каким является металлический лист, эта ЭДС создает замкнутые индукционные токи, называемые вихревыми токами или токами Фуко.

3. Направление этих токов определяется правилом Ленца, согласно которому индукционный ток всегда направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которое его вызвало. В нашем случае, поскольку магнитный поток через лист уменьшается, вихревые токи создадут собственное магнитное поле, направленное в ту же сторону, что и поле постоянного магнита, чтобы "помешать" этому уменьшению.

4. На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера. Вихревые токи, протекающие в листе, находятся в магнитном поле постоянного магнита. В результате их взаимодействия возникает сила, которая, согласно тому же правилу Ленца, будет направлена против движения листа, то есть будет тормозить его вытаскивание.

5. Чтобы вытащить лист, необходимо приложить внешнюю силу, которая будет преодолевать эту тормозящую электромагнитную силу. Работа этой внешней силы будет положительной, так как направление силы совпадает с направлением перемещения листа. Совершенная работа по закону сохранения энергии превращается во внутреннюю энергию листа — он нагревается из-за выделения джоулева тепла при протекании вихревых токов.

Ответ: Да, потребуется совершить положительную работу. Причина в том, что при вытаскивании листа из магнитного поля в нем из-за изменения магнитного потока возникают вихревые индукционные токи (токи Фуко). Эти токи, взаимодействуя с магнитным полем, создают тормозящую силу, направленную против движения листа. Для преодоления этой силы и совершения перемещения необходимо приложить внешнюю силу, работа которой будет положительна.