Номер 1820, страница 215 - 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 1820, страница 215.

Решение.

Решение

Для определения направления индукционного тока в рамке воспользуемся правилом Ленца и правилом правой руки.

На рисунке изображен генератор постоянного тока. Магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом, направлено от северного полюса (верхний) к южному (нижний), то есть вертикально вниз. Рамка вращается по часовой стрелке, если смотреть со стороны рукоятки. Это означает, что в показанном на рисунке положении ближняя к нам сторона рамки движется вниз, а дальняя сторона движется вверх.

В тот момент, когда плоскость рамки горизонтальна (как на рисунке), скорость движения её сторон параллельна или антипараллельна линиям магнитного поля. В этот конкретный момент магнитная сила, действующая на заряды в проводнике ($ \vec{F} = q(\vec{v} \times \vec{B}) $), равна нулю, и, следовательно, ЭДС индукции и ток равны нулю. Однако гальванометр показывает наличие тока, что означает, что на рисунке изображено общее состояние системы во время работы, а не конкретный момент нулевого тока.

Рассмотрим момент времени непосредственно перед тем, как рамка достигнет горизонтального положения. В этом случае дальняя от нас сторона рамки движется вверх и влево, а ближняя — вниз и вправо. Для определения направления тока важна только та составляющая скорости, которая перпендикулярна вектору магнитной индукции $ \vec{B} $, то есть горизонтальная составляющая.

Применим правило правой руки для определения направления тока в каждой из сторон рамки:

• Для дальней стороны рамки: она движется преимущественно вверх. Магнитный поток, направленный вниз, через рамку увеличивается по модулю. Согласно правилу Ленца, индуцированный ток создаст магнитное поле, направленное вверх, чтобы противодействовать этому изменению. По правилу правой руки (правило буравчика), для создания поля, направленного вверх, ток в рамке должен течь против часовой стрелки, если смотреть сверху. Это значит, что в дальней стороне рамки ток будет направлен вправо.

• Для ближней стороны рамки: она движется преимущественно вниз. Ток, текущий против часовой стрелки, в этой стороне будет направлен влево.

Теперь проследим путь тока по внешней цепи. Дальняя сторона рамки, в которой ток течет вправо, подключена к левому полукольцу коллектора и, соответственно, к левой щетке. Ближняя сторона рамки, где ток течет влево, подключена к правому полукольцу и правой щетке. Таким образом, ток выходит из генератора через левую щетку, проходит через гальванометр слева направо (что и вызывает отклонение стрелки вправо, как показано на рисунке) и возвращается в генератор через правую щетку.

После прохождения рамкой горизонтального положения направление тока в ней изменится на противоположное (станет по часовой стрелке). Однако одновременно с этим коллектор переключит контакты щеток: левая щетка будет касаться правого полукольца, а правая щетка — левого. В результате этого направление тока во внешней цепи (в гальванометре) сохранится прежним: слева направо.

Ответ: В показанной конфигурации ток в гальванометре течет от левой клеммы к правой. Направление тока в самой рамке периодически меняется: в тот полупериод, когда рамка приближается к горизонтальному положению (как на рисунке), ток в ней течет против часовой стрелки (если смотреть сверху); после прохождения горизонтального положения — по часовой стрелке.