Номер 2, страница 184, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

2. Объясните, почему в замкнутом контуре, по которому течет меняющийся либо по величине, либо по направлению ток, неизбежно возникает еще один ток, который назвали током самоиндукции.

2. Это явление объясняется фундаментальным законом электромагнетизма — законом электромагнитной индукции. Раскроем этот процесс пошагово.

1. Любой электрический ток, протекающий по проводнику (контуру), создает вокруг себя магнитное поле. Линии этого магнитного поля пронизывают площадь, ограниченную самим контуром, создавая так называемый магнитный поток $\Phi$. Этот собственный магнитный поток прямо пропорционален силе тока $\text{I}$ в контуре:

$\Phi = L \cdot I$

где $\text{L}$ — коэффициент пропорциональности, называемый индуктивностью контура. Индуктивность зависит от геометрических размеров, формы контура и магнитных свойств окружающей среды.

2. В условии задачи сказано, что ток в контуре меняется по величине или направлению. Если изменяется ток $\text{I}$, то пропорционально ему изменяется и созданный им магнитный поток $\Phi$ через контур.

3. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, любое изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, приводит к возникновению в этом контуре электродвижущей силы (ЭДС). Этот процесс называется индукцией. Когда изменение потока вызвано изменением тока в самом контуре, явление называют самоиндукцией, а возникающую ЭДС — ЭДС самоиндукции $\mathcal{E}_s$. Она равна скорости изменения магнитного потока, взятой с обратным знаком:

$\mathcal{E}_s = -\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$ или в дифференциальной форме $\mathcal{E}_s = - \frac{d\Phi}{dt}$

Подставив выражение для потока, получим:

$\mathcal{E}_s = -L \frac{dI}{dt}$

4. Возникшая в замкнутом контуре ЭДС самоиндукции, в свою очередь, порождает дополнительный электрический ток. Этот ток и есть ток самоиндукции.

5. Направление этого тока определяется правилом Ленца (которое отражено знаком «минус» в формуле). Индукционный ток всегда имеет такое направление, что он своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он был вызван.

• Если основной ток в контуре увеличивается, то ток самоиндукции направлен против основного тока, замедляя его нарастание.

• Если основной ток в контуре уменьшается, то ток самоиндукции направлен в ту же сторону, что и основной ток, стремясь поддержать его и замедляя его убывание.

Таким образом, возникновение тока самоиндукции является неизбежным следствием изменения силы тока в контуре, поскольку меняющийся ток порождает меняющийся магнитный поток, который, в свою очередь, по закону электромагнитной индукции порождает индукционную ЭДС и соответствующий ей ток.

Ответ: В замкнутом контуре, по которому течет меняющийся ток, неизбежно возникает ток самоиндукции, так как: 1. Меняющийся ток создает вокруг себя меняющееся во времени магнитное поле. 2. Это меняющееся магнитное поле изменяет магнитный поток через сам контур. 3. Согласно закону электромагнитной индукции, изменение магнитного потока через контур порождает в нем ЭДС самоиндукции. 4. Эта ЭДС создает в замкнутом контуре дополнительный ток (ток самоиндукции), который, согласно правилу Ленца, всегда препятствует первоначальному изменению тока.