Номер 21.12, страница 107 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 21. Электромагнитная индукция. Производство и передача электроэнергии - номер 21.12, страница 107.

Условие.

21.12. Проволочная рамка находится в магнитном поле. В каких случаях в ней может возникнуть индукционный ток?

Решение.

Решение

Индукционный ток в проволочной рамке возникает в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея. Согласно этому закону, электродвижущая сила (ЭДС) индукции $ \mathcal{E}_i $, а следовательно и индукционный ток, возникает в замкнутом проводящем контуре при любом изменении магнитного потока $ \Phi $, пронизывающего поверхность, ограниченную этим контуром. ЭДС индукции определяется формулой:

$ \mathcal{E}_i = -\frac{d\Phi}{dt} $

Магнитный поток $ \Phi $ через плоскую рамку площадью $ S $, находящуюся в однородном магнитном поле с индукцией $ B $, вычисляется по формуле:

$ \Phi = B \cdot S \cdot \cos(\alpha) $

где $ \alpha $ — это угол между вектором магнитной индукции $ \vec{B} $ и нормалью (перпендикуляром) к плоскости рамки.

Из формул следует, что для возникновения индукционного тока ($ \mathcal{E}_i \neq 0 $) необходимо, чтобы магнитный поток через рамку изменялся со временем ($ \frac{d\Phi}{dt} \neq 0 $). Это возможно, если изменяется хотя бы одна из трех величин, определяющих поток: $ B $, $ S $ или $ \alpha $.

Рассмотрим эти случаи подробнее.

Случай 1: Изменение магнитной индукции (B)
Индукционный ток возникнет, если изменяется величина магнитной индукции поля, пронизывающего рамку. Это может происходить, если:
- рамка неподвижна, но находится в переменном во времени магнитном поле (например, поле создается электромагнитом с изменяющимся током);
- рамка движется в неоднородном магнитном поле, перемещаясь из области с одной индукцией в область с другой.

Случай 2: Изменение площади контура (S)
Ток будет индуцироваться, если изменяется площадь контура рамки, охватываемая магнитным полем. Это возможно при:
- деформации рамки (растяжении или сжатии) в магнитном поле;
- движении рамки, при котором она входит в область магнитного поля или выходит из нее, так как при этом изменяется площадь контура, пронизываемая магнитным потоком.

Случай 3: Изменение ориентации рамки (угла α)
Индукционный ток возникнет, если рамка вращается в магнитном поле. При вращении изменяется угол $ \alpha $ между нормалью к плоскости рамки и вектором магнитной индукции, что приводит к изменению магнитного потока и возникновению тока.

Ответ:

Индукционный ток в проволочной рамке возникает в любом случае, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий эту рамку. Конкретными примерами таких случаев являются:
1. Изменение величины магнитной индукции поля, в котором находится рамка.
2. Движение рамки в неоднородном магнитном поле.
3. Изменение площади рамки (например, при ее деформации).
4. Вращение рамки в магнитном поле.
5. Перемещение рамки, в результате которого она входит в магнитное поле или выходит из него.