Номер 1, страница 45 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Задачи для самостоятельного решения

1. Определите направление индукционного тока в сплошном кольце, к которому подносят магнит (см. рис. 2.6).

1. Решение

Для определения направления индукционного тока в кольце необходимо воспользоваться явлением электромагнитной индукции и правилом Ленца.

Согласно закону Фарадея, при изменении магнитного потока $Φ$, пронизывающего замкнутый проводящий контур (в данном случае кольцо), в этом контуре возникает электродвижущая сила (ЭДС) индукции, что приводит к появлению индукционного тока.

Направление этого тока определяется правилом Ленца: индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.

В условии задачи сказано, что магнит подносят к кольцу. Это означает, что величина магнитного поля, пронизывающего кольцо, увеличивается, и, следовательно, увеличивается и магнитный поток через него. По правилу Ленца, индукционный ток в кольце создаст собственное магнитное поле $\vec{B}_{инд}$, которое будет направлено противоположно внешнему магнитному полю $\vec{B}_{внешн}$ от постоянного магнита, чтобы скомпенсировать его возрастание. В результате кольцо будет отталкиваться от магнита.

Поскольку в тексте задачи не уточняется, каким полюсом подносят магнит (эта информация должна быть на рис. 2.6, который не предоставлен), рассмотрим оба возможных варианта.

Случай 1: К кольцу подносят магнит северным полюсом (N).
Линии магнитного поля постоянного магнита выходят из северного полюса. Значит, вектор внешнего магнитного поля $\vec{B}_{внешн}$ направлен сквозь кольцо от магнита. Так как магнит приближается, магнитный поток, направленный от магнита, увеличивается. Чтобы противодействовать этому увеличению, индуцированное поле $\vec{B}_{инд}$ должно быть направлено в противоположную сторону, то есть к магниту. Это означает, что обращенная к магниту сторона кольца сама становится северным полюсом (N). Чтобы найти направление тока, воспользуемся правилом правой руки: если большой палец правой руки направить по направлению вектора $\vec{B}_{инд}$ (к магниту), то четыре согнутых пальца укажут направление тока в кольце. Если смотреть на кольцо со стороны магнита, ток будет течь против часовой стрелки.

Случай 2: К кольцу подносят магнит южным полюсом (S).
Линии магнитного поля входят в южный полюс. Значит, вектор внешнего магнитного поля $\vec{B}_{внешн}$ направлен сквозь кольцо к магниту. Так как магнит приближается, магнитный поток, направленный к магниту, увеличивается. Чтобы противодействовать этому увеличению, индуцированное поле $\vec{B}_{инд}$ должно быть направлено в противоположную сторону, то есть от магнита. Это означает, что обращенная к магниту сторона кольца становится южным полюсом (S). По правилу правой руки: если большой палец направить по вектору $\vec{B}_{инд}$ (от магнита), то согнутые пальцы укажут направление тока. Если смотреть на кольцо со стороны магнита, ток будет течь по часовой стрелке.

Ответ: Направление индукционного тока зависит от того, каким полюсом подносят магнит. Возникающий ток создает магнитное поле, которое отталкивает магнит.

• Если к кольцу подносят северный полюс (N), индукционный ток направлен против часовой стрелки (при взгляде со стороны магнита).
• Если к кольцу подносят южный полюс (S), индукционный ток направлен по часовой стрелке (при взгляде со стороны магнита).