Номер 2, страница 186, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Олимпиадные задачи. Глава IV. Электромагнитные явления. Параграф 25. Электромагнитная индукция - номер 2, страница 186.

Условие.

2. Проволочная катушка подвешена рядом с металлическим кольцом (рис. 5). Опишите, какие явления будут наблюдаться, если в катушке включить ток. Сделайте пояснительные рисунки.

Рис. 5

Решение.

При включении тока в катушке наблюдается явление электромагнитной индукции, которое приводит к механическому взаимодействию между катушкой и кольцом. Рассмотрим этот процесс подробно.

1. Создание и изменение магнитного поля. Когда в цепь катушки подается напряжение, по ее виткам начинает течь электрический ток. Сила тока возрастает от нуля до своего максимального значения. Протекающий по катушке ток создает вокруг нее магнитное поле. Поскольку ток является переменным (нарастающим) в этот короткий промежуток времени, создаваемое им магнитное поле также является переменным (усиливающимся).

2. Возникновение индукционного тока в кольце. Переменное магнитное поле катушки пронизывает металлическое кольцо, создавая в нем переменный магнитный поток $ \Phi $. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменение магнитного потока через замкнутый проводящий контур приводит к возникновению в нем индукционной ЭДС и, как следствие, индукционного тока.

3. Направление индукционного тока и взаимодействие. Направление индукционного тока определяется правилом Ленца. Оно гласит, что индукционный ток всегда направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, который его породил.

В нашем случае магнитный поток, созданный катушкой, возрастает. Следовательно, индукционный ток в кольце создаст собственное магнитное поле, направленное против внешнего магнитного поля катушки.

Это приводит к тому, что катушка и кольцо оказываются обращены друг к другу одноименными магнитными полюсами (например, северный полюс катушки смотрит на северный полюс, индуцированный в кольце). Одноименные магнитные полюса отталкиваются.

Пояснительный рисунок:

На рисунке показано: 1. Ток $ I_{кат} $ в катушке нарастает, создавая магнитное поле $ \vec{B}_{кат} $, направленное вправо (правый торец катушки — Северный полюс N). 2. Растущий магнитный поток вызывает в кольце индукционный ток $ I_{инд} $. 3. По правилу Ленца, магнитное поле индукционного тока $ \vec{B}_{инд} $ направлено влево, чтобы скомпенсировать рост потока. Это значит, что левая сторона кольца также становится Северным полюсом N. 4. Взаимодействие двух одноименных полюсов (N и N) создает силу отталкивания $ \vec{F} $, которая заставляет кольцо двигаться от катушки.

Таким образом, в момент включения тока кольцо оттолкнется от катушки.

Важно отметить, что как только ток в катушке достигнет постоянного значения, магнитное поле перестанет изменяться. Изменение магнитного потока через кольцо прекратится ($ \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} = 0 $), индукционный ток в нем исчезнет, и сила отталкивания пропадет. Кольцо вернется в свое первоначальное положение равновесия.

Ответ: В момент включения тока в катушке металлическое кольцо оттолкнется от нее. Это происходит из-за возникновения в кольце индукционного тока, магнитное поле которого, согласно правилу Ленца, направлено противоположно нарастающему магнитному полю катушки, что приводит к их взаимному отталкиванию.