Номер 1796, страница 211 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Перышкин

9 класс. Электромагнитное поле и электромагнитные волны. 64. Явление электромагнитной индукции. Самоиндукция. Переменный ток. Передача электрической энергии. Трансформатор - номер 1796, страница 211.

Решение.

Решение

Движение намагниченного стального стержня при пролёте через короткозамкнутую катушку будет отличаться от свободного падения из-за явления электромагнитной индукции. Изменения в движении можно описать, рассмотрев последовательные этапы пролёта.

Когда стержень приближается к катушке и начинает в неё входить, создаваемое им магнитное поле вызывает изменение магнитного потока через витки катушки. Согласно закону электромагнитной индукции, в катушке возникает индукционный ток. По правилу Ленца, этот ток будет иметь такое направление, чтобы созданное им магнитное поле противодействовало причине его возникновения, то есть нарастанию магнитного потока. Для этого катушка создаст одноимённый магнитный полюс, который будет отталкивать приближающийся полюс стержня. Таким образом, на стержень, помимо силы тяжести, направленной вниз, будет действовать тормозящая магнитная сила, направленная вверх. В результате этого ускорение стержня станет меньше ускорения свободного падения ($a < g$).

Когда стержень начинает выходить из катушки, магнитный поток через неё снова изменяется — на этот раз он уменьшается. Это опять приводит к возникновению индукционного тока. Согласно правилу Ленца, магнитное поле этого тока будет стремиться поддержать убывающий поток, то есть будет притягивать удаляющийся полюс стержня. Сила магнитного взаимодействия снова будет направлена вверх, противодействуя движению стержня и замедляя его падение. Ускорение стержня на этом этапе также будет меньше ускорения свободного падения ($a < g$).

После того как стержень полностью покинет область взаимодействия с катушкой, он снова будет находиться в состоянии свободного падения, двигаясь с ускорением $\text{g}$.

Таким образом, во время прохождения через катушку движение стержня перестаёт быть свободным падением. На него действует тормозящая сила электромагнитной природы, которая уменьшает его ускорение. В соответствии с законом сохранения энергии, часть потенциальной энергии стержня преобразуется не только в его кинетическую энергию, но и во внутреннюю энергию катушки, которая нагревается (джоулево тепло).

Ответ: При прохождении через катушку стержень испытывает торможение как при входе в неё, так и при выходе. Его ускорение в эти моменты становится меньше ускорения свободного падения. Это происходит из-за возникновения в катушке индукционного тока, магнитное поле которого, согласно правилу Ленца, противодействует движению стержня. В результате часть механической энергии стержня превращается в тепловую энергию, выделяющуюся в катушке.