Номер 5, страница 158, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава IV. Электромагнитные явления. Параграф 25. Электромагнитная индукция - номер 5, страница 158.

Условие.

5. В чём состоит явление электромагнитной индукции? Поясните свой ответ описанием опытов Фарадея.

Решение.

Явление электромагнитной индукции — это возникновение электрического тока, называемого индукционным, в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока, который пронизывает этот контур. Величина возникающей электродвижущей силы (ЭДС) индукции, согласно закону Фарадея, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока: $ \mathcal{E}_{ind} = - \frac{d\Phi}{dt} $. Знак «минус» отражает правило Ленца, согласно которому индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.

Магнитный поток ($ \Phi $) через поверхность площадью $ S $ в однородном магнитном поле с индукцией $ B $ определяется как $ \Phi = B \cdot S \cdot \cos(\alpha) $, где $ \alpha $ — угол между вектором магнитной индукции и нормалью (перпендикуляром) к поверхности. Следовательно, изменение потока может быть вызвано изменением магнитной индукции $ B $, площади контура $ S $ или его ориентации в поле (угла $ \alpha $).

Это фундаментальное явление было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году. Для его объяснения и демонстрации служат его классические опыты.

Один из ключевых опытов Фарадея заключался в следующем. Катушка из медной проволоки подключалась к гальванометру — прибору, регистрирующему наличие электрического тока. Когда в катушку вдвигали постоянный магнит, стрелка гальванометра отклонялась, показывая возникновение тока. Как только движение магнита прекращалось, стрелка возвращалась на ноль, хотя магнит и находился внутри катушки. При выдвижении магнита из катушки стрелка снова отклонялась, но уже в противоположную сторону, что указывало на ток обратного направления. Такие же эффекты наблюдались, если магнит был неподвижен, а относительно него двигали катушку. Этот опыт показал, что ток возникает только при относительном движении магнита и контура, то есть когда изменяется число линий магнитной индукции, проходящих через катушку, — изменяется магнитный поток.

В другом важном опыте Фарадей использовал две катушки, расположенные рядом. Первую (первичную) он подключал к источнику тока через ключ, а вторую (вторичную) — к гальванометру. В момент замыкания ключа в первичной цепи, когда ток в ней нарастал от нуля до своего постоянного значения, гальванометр показывал кратковременное появление тока во вторичной катушке. После установления постоянного тока в первичной цепи ток во вторичной катушке исчезал. При размыкании ключа, когда ток в первичной цепи спадал до нуля, во вторичной катушке снова возникал кратковременный ток, но уже противоположного направления. Этот опыт доказывал, что индукционный ток порождается не самим магнитным полем, а его изменением. Изменение тока в первичной катушке создавало переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, порождало изменение магнитного потока через вторичную катушку и индуцировало в ней ток.

Таким образом, опыты Фарадея убедительно продемонстрировали, что причиной возникновения индукционного тока является изменение магнитного потока через контур.

Ответ: Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур. Это было продемонстрировано в опытах Фарадея, где ток в катушке возникал при движении относительно нее магнита (изменение потока из-за изменения положения контура в поле) или при включении/выключении тока в соседней катушке (изменение потока из-за изменения самого магнитного поля).