Номер 3, страница 143, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Электромагнитные явления. Параграф 82. Генератор постоянного тока. Повторим изученное - номер 3, страница 143.

Условие.

• В чём заключается правило Ленца?

Решение.

Правило Ленца, сформулированное русским физиком Эмилием Ленцем в 1834 году, является фундаментальным принципом электромагнетизма, который определяет направление индукционного тока в замкнутом проводящем контуре. Оно гласит:

Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, которым этот ток вызван.

Это правило является следствием закона сохранения энергии. Если бы индукционный ток усиливал изменение магнитного потока, это привело бы к самопроизвольному и неограниченному росту тока и энергии в контуре, что нарушало бы фундаментальный закон природы. Работа, затрачиваемая на преодоление противодействия со стороны индуцированного поля (например, работа по перемещению магнита относительно катушки), превращается в энергию индукционного тока.

Правило Ленца находит свое математическое выражение в виде знака «минус» в законе электромагнитной индукции Фарадея:

$\mathcal{E}_{i} = - \frac{d\Phi_B}{dt}$

Здесь $\mathcal{E}_{i}$ — это электродвижущая сила (ЭДС) индукции, а $\frac{d\Phi_B}{dt}$ — скорость изменения магнитного потока $\Phi_B$ через поверхность, ограниченную контуром. Знак минус как раз и указывает на то, что возникающая ЭДС (и, соответственно, индукционный ток) направлена так, чтобы препятствовать изменению магнитного потока.

Принцип «противодействия изменению» можно конкретизировать:

1. Если внешний магнитный поток через контур увеличивается ($\frac{d\Phi_B}{dt} > 0$), то магнитное поле индукционного тока ($B_i$) направлено против внешнего магнитного поля ($\text{B}$). Это создает силу отталкивания.

2. Если внешний магнитный поток через контур уменьшается ($\frac{d\Phi_B}{dt} < 0$), то магнитное поле индукционного тока ($B_i$) направлено в ту же сторону, что и внешнее магнитное поле ($\text{B}$), стремясь скомпенсировать его уменьшение. Это создает силу притяжения.

Для практического определения направления индукционного тока, зная направление его магнитного поля, удобно использовать правило правой руки. Если направить большой палец правой руки по направлению вектора индукции собственного магнитного поля тока ($B_i$), то четыре согнутых пальца укажут направление индукционного тока $I_i$ в контуре.

Пример: Если подносить северный полюс (N) постоянного магнита к проводящей катушке, то магнитный поток через катушку будет увеличиваться. Согласно правилу Ленца, индукционный ток в катушке создаст свое магнитное поле, которое будет препятствовать этому увеличению. Для этого у катушки со стороны магнита должен возникнуть тоже северный полюс (N), который будет отталкивать магнит. Применив правило правой руки, можно определить, что ток в витках катушки будет течь против часовой стрелки, если смотреть со стороны магнита.

Ответ:

Правило Ленца определяет направление индукционного электрического тока, возникающего в замкнутом проводящем контуре при изменении пронизывающего его магнитного потока. Оно гласит, что индукционный ток всегда направлен так, чтобы созданное им собственное магнитное поле противодействовало тому изменению внешнего магнитного потока, которое вызвало этот ток. Если внешний поток возрастает, индуцированное поле направлено ему навстречу; если поток убывает, индуцированное поле сонаправлено с внешним, стремясь его поддержать. Это правило является проявлением закона сохранения энергии в электромагнитных явлениях.