Номер 2, страница 35 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудите с одноклассниками, можно ли для опыта вместо алюминиевых взять железные кольца. Как в этом случае изменятся результаты эксперимента? Почему одно из колец взяли с разрезом?

Можно ли для опыта вместо алюминиевых взять железные кольца. Как в этом случае изменятся результаты эксперимента?

Для опыта, демонстрирующего явление электромагнитной индукции (правило Ленца), можно взять железные кольца вместо алюминиевых, но результаты эксперимента кардинально изменятся, и его первоначальный смысл будет утерян.

Изменение результатов объясняется различными физическими свойствами алюминия и железа.

1. Алюминиевое кольцо. Алюминий является парамагнетиком, он очень слабо взаимодействует с постоянным магнитом. Основной наблюдаемый эффект в данном опыте — это электромагнитная индукция. Когда магнит приближается к сплошному алюминиевому кольцу, переменный магнитный поток создает в нем индукционный ток. Согласно правилу Ленца, магнитное поле этого тока противодействует изменению внешнего магнитного потока, что приводит к отталкиванию кольца от приближающегося магнита.

2. Железное кольцо. Железо — это ферромагнетик. Оно обладает свойством сильно намагничиваться и притягиваться к магниту. При использовании железного кольца будут наблюдаться два конкурирующих эффекта:

• Электромагнитная индукция: в сплошном железном кольце также возникнет индукционный ток, создающий силу отталкивания. Однако удельное электрическое сопротивление железа выше, чем у алюминия, поэтому индукционный ток и, соответственно, сила отталкивания будут слабее.
• Ферромагнитное притяжение: из-за намагничивания железо будет сильно притягиваться к магниту. Эта сила действует всегда, когда магнит находится рядом, и она значительно превосходит по величине слабую силу индукционного отталкивания.

Таким образом, вместо четкого отталкивания, которое демонстрирует правило Ленца, железное кольцо будет всегда сильно притягиваться к магниту. Это не позволит наглядно продемонстрировать физический закон, ради которого ставится опыт.

Ответ: Использовать железные кольца можно, но это полностью исказит результаты эксперимента. Вместо отталкивания, обусловленного электромагнитной индукцией, будет наблюдаться сильное притяжение кольца к магниту из-за ферромагнитных свойств железа. Это сделает демонстрацию правила Ленца невозможной.

Почему одно из колец взяли с разрезом?

Одно из колец в опыте используется с разрезом для того, чтобы наглядно продемонстрировать, что наблюдаемое явление взаимодействия (отталкивание сплошного кольца) вызвано именно возникновением замкнутого индукционного тока.

В сплошном (замкнутом) проводящем кольце изменение магнитного потока $\Phi_B$ индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) $\mathcal{E}$, которая, в свою очередь, создает в кольце индукционный ток $I = \mathcal{E} / R$, где $R$ — электрическое сопротивление кольца. Именно этот ток порождает собственное магнитное поле, которое и взаимодействует с полем магнита.

В кольце с разрезом электрическая цепь разомкнута. Несмотря на то, что ЭДС в нем также индуцируется, разрез препятствует протеканию макроскопического тока по всему контуру (сопротивление цепи стремится к бесконечности, $R \to \infty$). Поскольку индукционный ток практически равен нулю ($I \approx 0$), то и магнитное поле, способное вызвать заметное силовое взаимодействие с магнитом, не создается.

Сравнивая поведение двух колец, мы видим, что сплошное кольцо взаимодействует с магнитом, а разрезанное — нет. Это доказывает, что причиной взаимодействия является именно индукционный ток, для возникновения которого необходим замкнутый проводящий контур. Таким образом, кольцо с разрезом выполняет роль контрольного образца в эксперименте.

Ответ: Кольцо с разрезом необходимо для контроля. Оно наглядно демонстрирует, что отталкивание наблюдается только в замкнутом контуре (сплошном кольце), где может протекать индукционный ток. В разомкнутом контуре (кольце с разрезом) ток не течет, и силового взаимодействия не происходит, что доказывает электромагнитную природу наблюдаемого явления.