Номер 2, страница 83 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 24. Самоиндукция. Глава 3. Электромагнетизм - номер 2, страница 83.

2. Найдите в Интернете схему опыта Генри и ответьте на вопрос: как учёному удалось различить возбуждающий и индукционный токи, протекающие по одному проводу?

Американский учёный Джозеф Генри изучал явление самоиндукции — возникновение ЭДС индукции в проводящем контуре при изменении протекающего через этот контур тока. Возбуждающий ток (от источника) и индукционный ток (ток самоиндукции) действительно протекают по одному и тому же проводнику (катушке). Чтобы различить их действие, Генри использовал остроумную схему.

Он собрал электрическую цепь, состоящую из источника тока, ключа и двух параллельно соединенных ветвей.

• Одна ветвь содержала катушку из длинного провода, обладающую большой индуктивностью ($L$).
• Вторая ветвь содержала короткий проводник или реостат с малым сопротивлением ($R$) и пренебрежимо малой индуктивностью.

Параллельно этим двум ветвям был подключен чувствительный гальванометр, который измерял ток, протекающий между узлами параллельного соединения.

При замыкании цепи:

Ток от источника разветвляется. В ветви с малым сопротивлением ($R$) он устанавливается практически мгновенно. В ветви с катушкой ($L$) нарастающий ток создает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, порождает ЭДС самоиндукции. Согласно правилу Ленца, эта ЭДС направлена против возбуждающего тока, замедляя его нарастание. В результате, в первые мгновения после замыкания ключа ток через ветвь ($R$) оказывается значительно больше, чем через катушку ($L$). Эта разница токов создает разность потенциалов между узлами, и через гальванометр протекает кратковременный ток, вызывая отклонение его стрелки в одну сторону.

При размыкании цепи:

Ток от внешнего источника прекращается. Магнитное поле, созданное током в катушке, начинает очень быстро убывать. Это резкое изменение магнитного потока индуцирует в катушке значительную ЭДС самоиндукции. Теперь, согласно правилу Ленца, индукционный ток направлен так, чтобы поддержать исчезающее поле, то есть он течет в том же направлении, что и первоначальный возбуждающий ток. Этот ток, называемый экстратоком размыкания, замыкается через параллельную ветвь ($R$) и гальванометр. Так как сопротивление внешней цепи при размыкании ключа становится очень большим, индуцированная ЭДС может создавать ток, который вызывает сильное отклонение стрелки гальванометра в противоположную сторону и яркую искру между контактами ключа.

Таким образом, Генри различал токи не напрямую, а по их динамическим проявлениям в специально созданных условиях.

Ответ: Учёному удалось различить возбуждающий и индукционный токи, наблюдая за их эффектами в разные моменты времени (при замыкании и размыкании цепи) с помощью специальной схемы. Он использовал параллельное соединение катушки с большой индуктивностью и проводника с малой индуктивностью. Индукционный ток проявлял себя тем, что 1) замедлял нарастание общего тока в катушке при замыкании цепи и 2) создавал мощный кратковременный бросок тока (экстраток размыкания) при размыкании цепи. Эти эффекты регистрировались гальванометром, подключенным параллельно обеим ветвям, который показывал отклонения в разные стороны при замыкании и размыкании цепи.