Ответьте на вопросы, страница 208 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему между осью и краем диска генератора Фарадея индуцируется ЭДС?

2. Какая сила действует на движущиеся заряженные частицы в магнитном поле?

1. Электродвижущая сила (ЭДС) между осью и краем диска генератора Фарадея возникает вследствие явления электромагнитной индукции. Генератор Фарадея состоит из проводящего диска, вращающегося в постоянном магнитном поле, линии индукции которого перпендикулярны плоскости диска. Внутри металлического диска находятся свободные носители заряда (электроны), которые, вращаясь вместе с диском, движутся в магнитном поле.
Согласно законам электродинамики, на всякий заряд $q$, движущийся со скоростью $\vec{v}$ в магнитном поле с индукцией $\vec{B}$, действует сила Лоренца $\vec{F_L} = q(\vec{v} \times \vec{B})$. В случае вращающегося диска, вектор скорости $\vec{v}$ для любой точки диска направлен по касательной к окружности, а вектор магнитной индукции $\vec{B}$ — перпендикулярно плоскости диска. Векторное произведение $(\vec{v} \times \vec{B})$ в таком случае будет направлено вдоль радиуса диска.
Таким образом, сила Лоренца действует на свободные электроны в диске и заставляет их перемещаться вдоль радиуса. Это приводит к перераспределению зарядов: на одном конце "проводника" (например, у оси) накапливается избыток электронов (отрицательный заряд), а на другом (у края диска) — их недостаток (положительный заряд). Такое разделение зарядов создает внутри диска электрическое поле и, соответственно, разность потенциалов (ЭДС) между центром (осью) и краем диска.

Ответ: ЭДС индуцируется из-за действия силы Лоренца на свободные заряженные частицы (электроны) во вращающемся проводящем диске, который находится в магнитном поле. Эта сила вызывает разделение зарядов, смещая их по радиусу и создавая разность потенциалов между осью и краем диска.

2. На движущиеся заряженные частицы в магнитном поле действует сила Лоренца. Это сила, с которой электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу. Вклад со стороны магнитного поля определяется следующим образом.
Сила Лоренца, действующая на заряд $q$, движущийся со скоростью $\vec{v}$ в магнитном поле с индукцией $\vec{B}$, выражается векторной формулой:
$ \vec{F_L} = q(\vec{v} \times \vec{B}) $
Из формулы следует, что:
• Направление силы Лоренца всегда перпендикулярно как вектору скорости частицы $\vec{v}$, так и вектору магнитной индукции $\vec{B}$. Направление силы можно определить по правилу левой руки (если $q<0$) или по правилу правой руки (если $q>0$).
• Модуль силы Лоренца равен $F_L = |q|vB\sin\alpha$, где $\alpha$ — угол между векторами скорости и магнитной индукции. Сила максимальна, когда частица движется перпендикулярно линиям поля ($\alpha = 90^\circ$), и равна нулю, если частица движется параллельно им ($\alpha = 0^\circ$ или $\alpha = 180^\circ$).
Так как сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости, она не совершает работы и не изменяет величину скорости (и кинетическую энергию) частицы, а только изменяет направление её движения, заставляя частицу двигаться по окружности или спирали.

Ответ: На движущиеся заряженные частицы в магнитном поле действует сила Лоренца.