Номер 21.24, страница 108 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 21. Электромагнитная индукция. Производство и передача электроэнергии - номер 21.24, страница 108.

Условие.

21.24. Как связано правило Ленца с законом сохранения энергии?

Решение.

Решение

Правило Ленца является прямым следствием закона сохранения энергии, примененного к явлениям электромагнитной индукции. Оно устанавливает направление индукционного тока в замкнутом проводящем контуре.

Согласно правилу Ленца, возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван этот ток.

Рассмотрим эту связь на конкретном примере. Допустим, мы приближаем постоянный магнит северным полюсом к замкнутому проводящему кольцу.

1. При приближении магнита магнитный поток, пронизывающий кольцо, увеличивается.

2. Согласно закону электромагнитной индукции, это изменение потока создает в кольце индукционный ток.

3. Согласно правилу Ленца, магнитное поле, созданное этим индукционным током, будет противодействовать причине его возникновения, то есть увеличению внешнего магнитного потока. Для этого магнитное поле тока должно быть направлено навстречу полю магнита. По правилу правой руки, это означает, что у кольца со стороны магнита возникнет северный полюс.

4. Два одноименных (северных) полюса отталкиваются. Следовательно, для того чтобы продолжать вносить магнит в кольцо, необходимо прикладывать внешнюю силу и совершать механическую работу против этой силы отталкивания.

5. Эта механическая работа, совершаемая внешней силой, не исчезает, а преобразуется в энергию электрического тока в кольце, которая затем, как правило, выделяется в виде тепла (закон Джоуля-Ленца).

Теперь представим, что правило Ленца неверно, и индукционный ток направлен в противоположную сторону. В этом случае он создавал бы у кольца южный полюс, который бы притягивал приближающийся северный полюс магнита. Тогда магнит начал бы сам ускоряться в сторону кольца, его кинетическая энергия росла бы, и при этом в кольце генерировался бы электрический ток. Энергия (и кинетическая, и электрическая) возникала бы из ниоткуда, что является прямым нарушением закона сохранения энергии. Такая система представляла бы собой вечный двигатель.

Таким образом, правило Ленца – это формулировка закона сохранения энергии для электромагнитной индукции. Оно гарантирует, что для производства электрической энергии необходимо затратить эквивалентное количество энергии другого вида (например, механической).

Ответ:

Правило Ленца является следствием закона сохранения энергии. Оно гласит, что индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, его вызывающей. Это противодействие означает, что для поддержания процесса индукции (например, для движения магнита относительно катушки) необходимо совершать механическую работу против возникающих электромагнитных сил. Эта работа преобразуется в электрическую энергию индукционного тока, обеспечивая тем самым выполнение закона сохранения энергии. Если бы это было не так, стало бы возможным создание вечного двигателя.