Номер 916, страница 122 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

42. Электромагнитная индукция. ЭДС индукции. Самоиндукция. Индуктивность. Энергия магнитного поля тока. Глава XI. Электромагнитная индукция. Электродинамика - номер 916, страница 122.

Условие.

916. Если вращать магнит (рис. 103), то замкнутый виток проволоки, укреплённый на оси, начинает вращаться. Объяснить явление и определить направление вращения витка.

Рис. 103

Решение 1.

Решение 2.

Решение 3.

Решение 4.

Решение

Описанное в задаче явление основано на законе электромагнитной индукции. Разберем его по шагам.

1. Возникновение индукционного тока. Когда рукоятку вращают, подковообразный магнит начинает вращаться вокруг своей оси. Магнитное поле, создаваемое им, также вращается. Замкнутый виток проволоки, находящийся между полюсами магнита, неподвижен, поэтому вращающееся магнитное поле пересекает его стороны. Это приводит к непрерывному изменению магнитного потока $ \Phi $, пронизывающего площадь витка. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в любом замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через него возникает электродвижущая сила (ЭДС) индукции, которая, в свою очередь, создает электрический ток. Этот ток называется индукционным.

2. Возникновение вращающего момента. Проводник с током, помещенный в магнитное поле, испытывает действие силы, называемой силой Ампера. Индукционный ток, протекающий по сторонам витка, взаимодействует с магнитным полем магнита. В результате на противоположные стороны витка, перпендикулярные оси вращения, начинают действовать силы Ампера, направленные в противоположные стороны. Эта пара сил создает вращающий момент, который и заставляет виток вращаться.

3. Определение направления вращения. Направление вращения витка определяется правилом Ленца. Согласно этому правилу, индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует причине, его вызывающей. В данном случае причиной является изменение магнитного потока из-за относительного движения магнита и витка. Чтобы противодействовать этому изменению, система стремится уменьшить относительное движение. Единственный способ для витка уменьшить это относительное движение — это начать вращаться в ту же сторону, что и магнит. Таким образом, виток "увлекается" вращающимся магнитным полем.

Ответ: Явление объясняется электромагнитной индукцией: вращающийся магнит создает переменный магнитный поток через виток, что приводит к возникновению в нем индукционного тока. Взаимодействие этого тока с магнитным полем создает вращающий момент, который заставляет виток вращаться. Согласно правилу Ленца, виток будет вращаться в том же направлении, что и магнит, стремясь уменьшить относительное движение между ними.