Номер 21.5, страница 106 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 21. Электромагнитная индукция. Производство и передача электроэнергии - номер 21.5, страница 106.

Условие.

21.5. Какова причина возникновения индукционного тока в катушке, движущейся относительно неподвижного магнита?

Решение.

21.5. Причина возникновения индукционного тока в катушке, движущейся относительно неподвижного магнита, заключается в действии силы Лоренца на свободные носители заряда (электроны) в проводнике, из которого сделана катушка.

Рассмотрим процесс подробнее. Неподвижный магнит создает вокруг себя постоянное во времени, но неоднородное в пространстве магнитное поле. Когда катушка, являющаяся проводником, движется в этом магнитном поле, вместе с ней движутся и свободные электроны внутри проводника. На каждый движущийся в магнитном поле заряд $\text{q}$ (в данном случае, электрон) действует сила Лоренца, которая определяется выражением: $ \vec{F_L} = q[\vec{v} \times \vec{B}] $, где $\vec{v}$ – скорость движения заряда, а $\vec{B}$ – вектор магнитной индукции. Эта сила заставляет свободные электроны перемещаться упорядоченно вдоль проводника (витков катушки). Упорядоченное движение заряженных частиц и есть электрический ток. Этот ток, вызванный явлением электромагнитной индукции, называется индукционным.

С точки зрения макроскопических явлений, эту же причину описывает закон электромагнитной индукции Фарадея. При движении катушки в неоднородном магнитном поле (или при изменении ее ориентации в однородном поле) изменяется магнитный поток $ \Phi $, пронизывающий контур, образованный катушкой. Согласно закону Фарадея, скорость изменения магнитного потока $ \frac{d\Phi}{dt} $ приводит к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) индукции $ \mathcal{E}_{i} $ в контуре:

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

Эта ЭДС индукции, в свою очередь, и создает индукционный ток $ I_i $ в замкнутом контуре катушки, величина которого определяется законом Ома для полной цепи: $ I_i = \frac{\mathcal{E}_{i}}{R} $, где $\text{R}$ – сопротивление катушки.

Таким образом, первопричиной является сила Лоренца, действующая на движущиеся вместе с проводником заряды, а макроскопическим проявлением этого является изменение магнитного потока, приводящее к возникновению ЭДС индукции.

Ответ: Причиной возникновения индукционного тока является действие силы Лоренца со стороны магнитного поля на свободные электроны, движущиеся вместе с проводником катушки. Это приводит к упорядоченному движению электронов вдоль проводника, то есть к возникновению электрического тока. На макроскопическом уровне это явление описывается как возникновение ЭДС индукции вследствие изменения магнитного потока через контур катушки.