Номер 2, страница 75 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Задачи. § 22. ЭДС в проводнике, движущемся в магнитном поле. Глава 3. Электромагнетизм - номер 2, страница 75.

2. В одной плоскости с прямым длинным проводником с током находится прямо-угольная проволочная рамка, две стороны которой параллельны направлению тока в проводнике. Будет ли возникать индукционный ток в рамке и каким будет его направление, если рамка движется в собственной плоскости от провода; к проводу; вдоль провода?

Индукционный ток в замкнутом контуре (в данном случае, в рамке) возникает в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Согласно этому закону, ЭДС индукции, а следовательно и индукционный ток, возникает тогда, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий площадь контура. Направление индукционного тока определяется правилом Ленца: индукционный ток имеет такое направление, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которое его вызвало.

Прямой длинный проводник с током создает вокруг себя неоднородное магнитное поле, индукция которого $B$ убывает с расстоянием $r$ от проводника по закону $B \sim 1/r$. Направление вектора магнитной индукции определяется по правилу правой руки. Пусть ток в проводнике течет вверх, тогда в области, где находится рамка (справа от провода), магнитное поле будет направлено перпендикулярно плоскости рамки от нас.

Магнитный поток $\Phi_B$, пронизывающий рамку, зависит от величины магнитной индукции $B$ и площади рамки. Индукционный ток возникнет, если этот поток будет меняться со временем, то есть $\mathcal{E}_i = - \frac{\Delta\Phi_B}{\Delta t} \ne 0$.

...если рамка движется в собственной плоскости от провода

При движении рамки от провода, она перемещается в область более слабого магнитного поля, так как расстояние до провода увеличивается. В результате магнитный поток, пронизывающий рамку, уменьшается ($\Delta\Phi_B < 0$). Согласно правилу Ленца, в рамке возникнет индукционный ток, который создаст собственное магнитное поле, направленное так же, как и внешнее поле (в данном примере, от нас), чтобы скомпенсировать уменьшение потока. Применяя правило правой руки для рамки, определяем, что ток должен течь по часовой стрелке.

Ответ: Да, индукционный ток будет возникать. Его направление будет по часовой стрелке (если смотреть на плоскость так, что ток в прямом проводнике течет вверх, а рамка находится справа от него).

...к проводу

При движении рамки к проводу, она перемещается в область более сильного магнитного поля, так как расстояние до провода уменьшается. В результате магнитный поток, пронизывающий рамку, увеличивается ($\Delta\Phi_B > 0$). Согласно правилу Ленца, возникший индукционный ток создаст собственное магнитное поле, направленное противоположно внешнему полю (в данном примере, на нас), чтобы противодействовать увеличению потока. Применяя правило правой руки для рамки, определяем, что ток должен течь против часовой стрелки.

Ответ: Да, индукционный ток будет возникать. Его направление будет против часовой стрелки (при тех же условиях, что и в предыдущем пункте).

...вдоль провода

Когда рамка движется параллельно проводу, расстояние от каждой точки рамки до провода остается неизменным. Поскольку магнитное поле, создаваемое проводом, зависит только от расстояния до него, распределение магнитного поля по площади рамки не меняется во время такого движения. Следовательно, магнитный поток, пронизывающий рамку, остается постоянным ($\Delta\Phi_B = 0$). Так как изменение магнитного потока равно нулю, ЭДС индукции и индукционный ток не возникают.

Ответ: Нет, индукционный ток в рамке возникать не будет.