Номер 21.23, страница 107 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 21. Электромагнитная индукция. Производство и передача электроэнергии - номер 21.23, страница 107.

Условие.

21.23. Замкнутое металлическое кольцо, подвешенное на двух нитях, совершает колебания. Почему колебания кольца быстро прекращаются, если под ним находится магнит?

Решение.

Решение

Когда замкнутое металлическое кольцо совершает колебания над магнитом, оно движется в его неоднородном магнитном поле. При этом изменяется магнитный поток $ \Phi $, пронизывающий площадь, ограниченную кольцом.

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в любом замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через него возникает электродвижущая сила (ЭДС) индукции:

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

Поскольку кольцо является замкнутым проводником, под действием этой ЭДС в нем возникает индукционный ток (также известный как вихревой ток или ток Фуко).

В соответствии с правилом Ленца, индукционный ток всегда имеет такое направление, что созданное им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, которое вызвало этот ток. Это приводит к возникновению силы, которая тормозит движение кольца:

1. Когда кольцо приближается к магниту, магнитный поток через него увеличивается. Индукционный ток создает магнитное поле, направленное против поля постоянного магнита. В результате между кольцом и магнитом возникает сила отталкивания, которая тормозит движение кольца.

2. Когда кольцо удаляется от магнита, магнитный поток через него уменьшается. Индукционный ток создает магнитное поле, направленное в ту же сторону, что и поле магнита, чтобы скомпенсировать уменьшение потока. В результате между кольцом и магнитом возникает сила притяжения, которая также тормозит движение кольца, не давая ему удалиться.

Таким образом, на любом этапе колебательного движения возникает сила электромагнитного взаимодействия, которая всегда направлена против скорости кольца. Эта сила вызывает явление, называемое электромагнитным демпфированием (торможением). Механическая энергия колебаний кольца преобразуется в электрическую энергию индукционного тока, которая, в свою очередь, рассеивается в виде тепла в самом кольце (согласно закону Джоуля-Ленца). Потеря механической энергии и приводит к быстрому затуханию колебаний.

Ответ: Колебания кольца быстро прекращаются из-за явления электромагнитной индукции. При движении кольца в магнитном поле в нем возникают индукционные (вихревые) токи. Взаимодействие этих токов с магнитным полем магнита создает тормозящую силу, которая всегда направлена против движения кольца. Механическая энергия колебаний при этом превращается в тепловую, что и вызывает быстрое затухание.