Номер 2, страница 179, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

2. Как опишут явление возникновения тока в замкнутом контуре наблюдатели К и К', о которых говорится в параграфе?

Этот вопрос иллюстрирует принцип относительности в электродинамике. Наблюдатели в двух разных инерциальных системах отсчета (ИСО), К и К', будут описывать причину возникновения тока по-разному, однако сам факт наличия тока и его измеряемая величина будут для них одинаковыми.

Наблюдатель К

Будем считать, что наблюдатель К находится в системе отсчета, где проводящий контур покоится, а магнит движется. Он объяснит возникновение тока явлением электромагнитной индукции. Движущийся магнит создает в пространстве переменное во времени магнитное поле. Согласно закону Фарадея-Максвелла, изменение магнитного потока $ \Phi_B $ через контур порождает вихревое электрическое поле $ \vec{E} $. Математически это выражается уравнением:

$$ \oint_L \vec{E} \cdot d\vec{l} = -\frac{d\Phi_B}{dt} $$

Именно это индуцированное электрическое поле действует на свободные заряды $ q $ в проводнике с силой $ \vec{F}_э = q\vec{E} $. Эта сила заставляет заряды двигаться упорядоченно, то есть создает индукционный ток. Таким образом, для наблюдателя К причина тока — возникновение электрического поля.

Наблюдатель К'

Будем считать, что наблюдатель К' находится в системе отсчета, связанной с магнитом. В этой системе магнит покоится, а проводящий контур движется со скоростью $ \vec{v} $. Магнитное поле $ \vec{B} $ в этой системе отсчета является постоянным (стационарным). Однако свободные заряды $ q $ внутри проводника теперь движутся вместе с контуром в этом магнитном поле. На движущийся в магнитном поле заряд действует сила Лоренца. Поскольку в этой системе отсчета электрического поля нет, сила, действующая на заряд, является чисто магнитной:

$$ \vec{F}_м = q(\vec{v} \times \vec{B}) $$

Эта сила Лоренца направлена вдоль проводника и выполняет роль сторонней силы, которая заставляет заряды перемещаться по контуру, создавая индукционный ток. Таким образом, для наблюдателя К' причина тока — действие магнитной силы на движущиеся заряды.

Ответ: Наблюдатель К опишет явление как возникновение вихревого электрического поля из-за изменения магнитного потока, которое приводит в движение заряды в неподвижном контуре. Наблюдатель К' опишет то же самое явление как действие магнитной силы Лоренца на свободные заряды, движущиеся вместе с контуром в стационарном магнитном поле. Несмотря на различие в описании причин, оба наблюдателя зафиксируют один и тот же индукционный ток, что демонстрирует относительность разделения электромагнитного поля на электрическую и магнитную составляющие.