Номер 1, страница 180, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

1. Как опишут явление возникновения индукционного тока в контуре наблюдатели K и $K_1$, о которых говорится в параграфе?

1. Как опишут явление возникновения индукционного тока в контуре наблюдатели K и K₁, о которых говорится в параграфе?

Наблюдатели в двух разных инерциальных системах отсчета, K и K₁, опишут явление возникновения индукционного тока в контуре по-разному, хотя и придут к одинаковому физическому результату. Это связано с тем, что электрические и магнитные поля являются компонентами единого электромагнитного поля, и их разделение зависит от системы отсчета.

Рассмотрим стандартный пример: система отсчета K связана с неподвижным проводящим контуром, а система K₁ — с постоянным магнитом, который движется относительно контура.

Описание наблюдателя в системе отсчета K (контур покоится, магнит движется):

Для наблюдателя K магнит движется, поэтому в точке, где находится контур, магнитное поле изменяется со временем. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменяющееся во времени магнитное поле $ \vec{B}(t) $ создает в окружающем пространстве вихревое электрическое поле $ \vec{E} $. Это поле не является потенциальным (его циркуляция по замкнутому контуру не равна нулю).

Именно это индуцированное электрическое поле действует на свободные носители заряда (электроны) в проводнике контура с силой $ \vec{F} = q\vec{E} $. Эта сила заставляет заряды двигаться упорядоченно, что и представляет собой индукционный ток.

Таким образом, с точки зрения наблюдателя K, причина тока — вихревое электрическое поле, порожденное изменяющимся во времени магнитным полем.

Описание наблюдателя в системе отсчета K₁ (магнит покоится, контур движется):

Для наблюдателя K₁ магнит неподвижен, и он создает постоянное во времени (статическое) магнитное поле $ \vec{B} $. В этой системе отсчета движется сам проводящий контур со скоростью $ \vec{v} $. Поскольку магнитное поле не меняется со временем, вихревое электрическое поле отсутствует ($ \frac{\partial \vec{B}}{\partial t} = 0 $).

Однако свободные заряды $ q $ в проводнике теперь движутся вместе с контуром со скоростью $ \vec{v} $ в постоянном магнитном поле $ \vec{B} $. В результате на них действует магнитная компонента силы Лоренца: $ \vec{F_L} = q(\vec{v} \times \vec{B}) $.

Эта сила Лоренца и является той сторонней силой, которая перемещает заряды вдоль контура и создает электродвижущую силу (ЭДС) индукции и, как следствие, индукционный ток.

Таким образом, с точки зрения наблюдателя K₁, причина тока — сила Лоренца, действующая на свободные заряды, движущиеся вместе с проводником в постоянном магнитном поле.

Ответ: Наблюдатель K (в системе отсчета, где контур покоится) объяснит возникновение тока появлением вихревого электрического поля, созданного изменяющимся во времени магнитным полем движущегося магнита. Наблюдатель K₁ (в системе отсчета, где магнит покоится) объяснит возникновение того же тока действием силы Лоренца на свободные заряды, движущиеся вместе с контуром в постоянном магнитном поле. Оба описания приводят к одному и тому же наблюдаемому эффекту, демонстрируя относительность электрических и магнитных полей.