Номер 18, страница 160, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава IV. Электромагнитные явления. Параграф 25. Электромагнитная индукция - номер 18, страница 160.

Условие.

18. На гладких проводящих горизонтальных направляющих, находящихся в магнитном поле, покоятся два металлических стержня (рис. 25.12). Стержень 1 толкают влево.

а) Изменяется ли при движении стержня 1 магнитный поток через контур, образованный стержнями и направляющими?

б) Возникнет ли в этом контуре индукционный ток?

в) Будет ли действовать сила Ампера на стержень 2?

г) В каком направлении начнёт двигаться стержень 2: влево или вправо?

Рис. 25.12

Решение.

а) Изменяется ли при движении стержня 1 магнитный поток через контур, образованный стержнями и направляющими?

Магнитный поток $ \Phi $ через замкнутый контур определяется формулой $ \Phi = B \cdot S \cdot \cos\alpha $, где $ B $ — индукция магнитного поля, $ S $ — площадь контура, а $ \alpha $ — угол между вектором магнитной индукции $ \vec{B} $ и нормалью к плоскости контура.

В данном случае контур образован двумя стержнями и двумя направляющими. Площадь этого контура $ S $ равна произведению расстояния между направляющими $ l $ на расстояние между стержнями $ x $: $ S = l \cdot x $.

Когда стержень 1 движется влево, расстояние $ x $ между стержнями уменьшается. Следовательно, площадь контура $ S $ также уменьшается. Поскольку магнитное поле $ B $ постоянно, изменение площади приводит к изменению (уменьшению) магнитного потока $ \Phi $ через контур.

Ответ: Да, изменяется (уменьшается).

б) Возникнет ли в этом контуре индукционный ток?

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, при любом изменении магнитного потока через замкнутый проводящий контур в этом контуре возникает электродвижущая сила (ЭДС) индукции. Так как в пункте (а) было установлено, что магнитный поток изменяется, а контур, состоящий из проводящих стержней и направляющих, является замкнутым, в нем возникает индукционная ЭДС, которая, в свою очередь, создает индукционный ток.

Ответ: Да, возникнет.

в) Будет ли действовать сила Ампера на стержень 2?

Сила Ампера действует на проводник с током, помещенный в магнитное поле. Она определяется по формуле $ F_A = I \cdot B \cdot l \cdot \sin\alpha $. В пункте (б) было установлено, что в контуре, частью которого является стержень 2, возникает индукционный ток $ I $. Стержень 2 находится в магнитном поле с индукцией $ \vec{B} $. Следовательно, на стержень 2 будет действовать сила Ампера.

Ответ: Да, будет.

г) В каком направлении начнёт двигаться стержень 2: влево или вправо?

Направление индукционного тока определяется по правилу Ленца: индукционный ток имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.

При движении стержня 1 влево площадь контура уменьшается, что приводит к уменьшению магнитного потока, направленного вверх (согласно рисунку). Чтобы воспрепятствовать этому уменьшению, магнитное поле индукционного тока $ \vec{B}_{инд} $ должно быть сонаправлено с внешним полем $ \vec{B} $, то есть тоже направлено вверх.

По правилу правой руки (правилу буравчика), для создания магнитного поля, направленного вверх, ток в контуре должен течь против часовой стрелки. Это означает, что в стержне 2 ток будет направлен от задней направляющей к передней.

Теперь определим направление силы Ампера, действующей на стержень 2, по правилу левой руки. Расположим левую руку так, чтобы вектор магнитной индукции $ \vec{B} $ (направленный вверх) входил в ладонь. Четыре вытянутых пальца направим по направлению тока $ I $ в стержне 2 (от задней направляющей к передней). Тогда отогнутый на 90 градусов большой палец укажет направление силы Ампера $ \vec{F_A} $. Большой палец будет указывать влево.

Таким образом, стержень 2 начнет двигаться влево, вслед за стержнем 1.

Ответ: Влево.