Номер 21.39, страница 109 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 21. Электромагнитная индукция. Производство и передача электроэнергии - номер 21.39, страница 109.

Условие.

21.39. Почему колебания стрелки компаса быстрее прекращаются, если корпус прибора латунный или алюминиевый, и медленнее — если он пластмассовый?

Решение.

Это явление объясняется электромагнитной индукцией и возникающими в проводниках вихревыми токами (токами Фуко).

Когда корпус компаса изготовлен из металла (латуни или алюминия), который является хорошим проводником, происходят следующие процессы:

1. Магнитная стрелка компаса при колебаниях создает вокруг себя переменное во времени магнитное поле.

2. Это переменное магнитное поле пронизывает стенки металлического корпуса, создавая в них изменяющийся магнитный поток $ \Phi $.

3. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменение магнитного потока приводит к возникновению в толще проводящего корпуса электродвижущей силы (ЭДС) индукции $ \mathcal{E}_{i} = - \frac{d\Phi}{dt} $. Эта ЭДС, в свою очередь, порождает замкнутые вихревые электрические токи, которые называют токами Фуко.

4. По правилу Ленца, магнитное поле, создаваемое этими вихревыми токами, всегда направлено так, чтобы противодействовать причине, их породившей, то есть изменению магнитного потока, вызванного движением стрелки. В результате возникает тормозящая сила, которая противодействует колебаниям стрелки и быстро их гасит. Этот эффект называется электромагнитным демпфированием.

В случае пластмассового корпуса, который является диэлектриком и практически не проводит электрический ток, вихревые токи не возникают. Поэтому электромагнитное демпфирование отсутствует. Колебания стрелки в таком компасе затухают значительно медленнее, в основном за счет гораздо более слабых сил трения в опоре и сопротивления воздуха.

Ответ: В металлическом (латунном или алюминиевом) корпусе колеблющаяся магнитная стрелка индуцирует вихревые токи (токи Фуко). Эти токи создают собственное магнитное поле, которое, согласно правилу Ленца, тормозит движение стрелки, вызывая быстрое затухание ее колебаний (электромагнитное демпфирование). В пластмассовом корпусе, являющемся диэлектриком, вихревые токи не возникают, поэтому колебания затухают медленно, только под действием сил трения и сопротивления воздуха.