Номер 21.20, страница 107 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 21. Электромагнитная индукция. Производство и передача электроэнергии - номер 21.20, страница 107.

Условие.

21.20. При падении магнита в катушку с замкнутой обмоткой в ней появляется электрический ток. За счет какой энергии возникает ток?

Решение.

Решение

Когда магнит падает сквозь катушку с замкнутой обмоткой, происходит изменение магнитного потока $ \Phi_B $, пронизывающего контур катушки. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, это изменение потока индуцирует в катушке электродвижущую силу (ЭДС): $ \mathcal{E} = -\frac{d\Phi_B}{dt} $.

Так как обмотка катушки замкнута, возникшая ЭДС создает в ней индукционный электрический ток. Согласно правилу Ленца, этот ток имеет такое направление, что созданное им собственное магнитное поле противодействует изменению внешнего магнитного потока, которое вызвало сам ток.

Это означает, что при приближении магнита к катушке, магнитное поле индукционного тока будет отталкивать магнит. Возникает сила, направленная против движения магнита (тормозящая сила). Чтобы преодолеть эту силу и продолжить движение, должна быть совершена работа.

Эта работа совершается за счет механической энергии падающего магнита. В поле тяжести Земли магнит обладает потенциальной энергией, которая при падении переходит в кинетическую. При прохождении через катушку часть этой механической энергии (потенциальной и кинетической) преобразуется в энергию электрического тока. Эта электрическая энергия, в свою очередь, выделяется в виде тепла на сопротивлении провода катушки (согласно закону Джоуля-Ленца).

Таким образом, возникновение электрического тока в катушке происходит в полном соответствии с законом сохранения энергии: механическая энергия магнита превращается в электрическую энергию тока.

Ответ: Электрический ток возникает за счет механической энергии падающего магнита (его потенциальной и кинетической энергии), которая преобразуется в электрическую энергию.