Номер 5, страница 79 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 23. Электромагнитная индукция. Глава 3. Электромагнетизм - номер 5, страница 79.

5. Объясните, почему возникает индукционный ток в катушке при вдвигании в неё постоянного магнита.

Возникновение индукционного тока в катушке при вдвигании в неё постоянного магнита объясняется явлением электромагнитной индукции. Это явление было открыто Майклом Фарадеем, и его суть заключается в следующем:

1. Постоянный магнит создаёт вокруг себя постоянное магнитное поле. Величина, характеризующая это поле в каждой точке, называется магнитной индукцией ($B$).

2. Когда магнит находится рядом с катушкой, её витки пронизываются линиями этого магнитного поля. Физическая величина, равная произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь контура и на косинус угла между нормалью к контуру и вектором индукции, называется магнитным потоком ($\Phi$). Для катушки, состоящей из $N$ витков, полный магнитный поток равен $N \cdot \Phi_1$, где $\Phi_1$ — поток через один виток.

3. Ключевым условием для возникновения тока является не само наличие магнитного поля, а изменение магнитного потока во времени. Когда магнит и катушка неподвижны друг относительно друга, магнитный поток, пронизывающий катушку, постоянен, и ток не возникает.

4. Когда мы начинаем вдвигать магнит в катушку, расстояние между полюсом магнита и витками катушки уменьшается. Магнитное поле у полюсов магнита наиболее сильное, поэтому при приближении магнита к катушке густота линий магнитной индукции, пронизывающих её витки, увеличивается. Это означает, что магнитный поток через катушку изменяется (увеличивается).

5. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в любом замкнутом проводящем контуре при изменении пронизывающего его магнитного потока возникает электродвижущая сила (ЭДС индукции, $\mathcal{E}_i$), которая прямо пропорциональна скорости изменения этого потока:

   $\mathcal{E}_i = - \frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$

6. Так как катушка является замкнутым проводником, возникшая ЭДС индукции приводит к появлению в ней упорядоченного движения свободных зарядов, то есть, создаёт электрический ток. Этот ток и называется индукционным током.

7. Знак «минус» в формуле выражает правило Ленца: индукционный ток всегда направлен так, что создаваемое им собственное магнитное поле препятствует тому изменению магнитного потока, которым этот ток был вызван. Например, при вдвигании в катушку северного полюса магнита, в катушке возникает ток, создающий своё магнитное поле с северным полюсом, направленным навстречу магниту, тем самым отталкивая его.

Таким образом, причиной возникновения индукционного тока является изменение магнитного потока через катушку, вызванное относительным движением магнита и катушки.

Ответ: Индукционный ток в катушке возникает вследствие явления электромагнитной индукции. Движение постоянного магнита относительно катушки вызывает изменение магнитного потока, пронизывающего её витки. В соответствии с законом Фарадея, это изменение магнитного потока порождает в замкнутом контуре катушки электродвижущую силу (ЭДС), которая и создаёт индукционный ток.