Номер 21.40, страница 109 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 21. Электромагнитная индукция. Производство и передача электроэнергии - номер 21.40, страница 109.

Условие.

21.40. Для исследования стальных тел (рельсов, балок и др.) на них надевают катушку из изолированной проволоки, замкнутую на гальванометр, и перемещают ее вдоль этих тел (рис. 102). При всякой их неоднородности (трещины, раковины и др.) в гальванометре возникает электрический ток. Объясните это явление.

Рис. 102

Решение.

Решение

Данный метод контроля, известный как магнитопорошковая или магнитная дефектоскопия, основан на явлении электромагнитной индукции. Объяснение происходит в несколько этапов:

1. Намагничивание объекта. Исследуемое стальное тело (рельс, балка) предварительно намагничивают с помощью постоянного магнита или электромагнита. Поскольку сталь — ферромагнетик, она хорошо проводит магнитный поток, и силовые линии магнитного поля замыкаются в основном внутри самого тела.

2. Движение по однородному участку. Когда поисковая катушка, подключенная к гальванометру, движется вдоль гладкого, однородного участка стального тела, магнитный поток, проходящий через витки катушки, практически не изменяется. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, ЭДС индукции ($ \mathcal{E}_{i} $) возникает только при изменении магнитного потока ($ \Phi_B $) во времени: $ \mathcal{E}_{i} = - \frac{\Delta\Phi_B}{\Delta t} $. Если поток постоянен, то $ \Delta\Phi_B = 0 $, и, следовательно, ЭДС и ток в катушке не возникают. Гальванометр показывает ноль.

3. Обнаружение дефекта. Если на пути катушки встречается дефект (трещина, раковина), то есть полость, заполненная воздухом, то на этом участке магнитные свойства среды резко меняются. Магнитная проницаемость воздуха намного меньше, чем у стали. В результате магнитный поток не может пройти через дефект и "вытесняется" из стального тела наружу, образуя так называемое магнитное поле рассеяния.

4. Возникновение тока. Когда катушка проходит над областью дефекта, она пересекает силовые линии этого поля рассеяния. Это приводит к резкому изменению магнитного потока, пронизывающего катушку ($ \Delta\Phi_B \neq 0 $). В соответствии с законом электромагнитной индукции, в катушке наводится ЭДС, которая создает в замкнутой цепи электрический ток. Этот индукционный ток регистрируется гальванометром. Величина и форма сигнала тока позволяют судить о наличии, расположении и размерах дефекта.

Ответ: Явление основано на законе электромагнитной индукции. Предварительно намагниченное стальное тело имеет внутреннее магнитное поле. В месте дефекта (трещины) силовые линии магнитного поля выходят за пределы тела, создавая поле рассеяния. При перемещении катушки над таким местом, пронизывающий ее магнитный поток изменяется, что приводит к возникновению индукционного электрического тока в катушке, который и фиксируется гальванометром.