Номер 2, страница 89 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 26. Генерирование переменного электрического тока. Глава 3. Электромагнетизм - номер 2, страница 89.

2. Поясните механизм (причины) разделения зарядов в сторонах рамки при её вращении в магнитном поле.

Механизм разделения зарядов в проводящей рамке, вращающейся в магнитном поле, основан на действии силы Лоренца на свободные носители заряда.

1. В материале, из которого сделана рамка (проводнике), существуют свободные электроны, которые могут перемещаться по всему объему проводника.

2. Когда рамка вращается, её стороны движутся в магнитном поле. Вместе со сторонами рамки движутся и свободные электроны внутри них. Таким образом, мы имеем заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле.

3. Согласно закону Лоренца, на всякий заряд $q$, движущийся со скоростью $\vec{v}$ в магнитном поле с индукцией $\vec{B}$, действует сила Лоренца $\vec{F}_L$. Она определяется формулой:

$ \vec{F}_L = q(\vec{v} \times \vec{B}) $

Для электронов заряд $q$ отрицателен ($q = -e$). Направление силы Лоренца перпендикулярно и вектору скорости $\vec{v}$, и вектору магнитной индукции $\vec{B}$. Его можно определить по правилу левой руки (для отрицательного заряда).

4. Эта сила действует на электроны и заставляет их смещаться вдоль проводника (вдоль той стороны рамки, которая движется в поле). В результате на одном конце проводника накапливается избыток электронов (отрицательный заряд), а на другом возникает их недостаток (положительный заряд). Происходит разделение зарядов.

5. В тех сторонах рамки, которые перпендикулярны оси вращения, векторы скорости направлены в противоположные стороны. Следовательно, и силы Лоренца, действующие на заряды в этих сторонах, будут направлены в противоположные стороны вдоль проводника. Это приводит к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) индукции в каждой из этих сторон. Если рамка замкнута, эти ЭДС создают индукционный ток.

Таким образом, вращение проводника в магнитном поле приводит к перераспределению свободных зарядов под действием силы Лоренца, что и является причиной возникновения ЭДС индукции.

Ответ: Разделение зарядов происходит из-за действия силы Лоренца на свободные электроны в проводнике. При вращении рамки в магнитном поле ее стороны движутся, и на электроны в них действует сила Лоренца ($\vec{F}_L = q(\vec{v} \times \vec{B})$), направленная вдоль проводника. Эта сила перемещает электроны к одному концу стороны рамки, создавая там избыток отрицательного заряда, и, соответственно, недостаток его (положительный заряд) на другом конце.