Номер 16.1, страница 99 - гдз по физике 8-11 класс учебник, задачник Гельфгат, Генденштейн

Задачи. Электричество и магнетизм. 16. Электромагнитная индукция - номер 16.1, страница 99.

Условие.

16.1. Какие явления происходят, когда в кольцо вдвигают магнит? Рассмотрите два случая:

а) кольцо проводящее;

б) кольцо сверхпроводящее.

Решение.

Решение 2.

а) кольцо проводящее
Когда магнит вдвигают в проводящее кольцо, изменяется магнитный поток $\Phi$ через площадь, ограниченную кольцом. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, это изменение потока порождает в кольце индукционную электродвижущую силу (ЭДС): $\mathcal{E}_{i} = - \frac{d\Phi}{dt}$.
Поскольку кольцо является замкнутым проводником с конечным электрическим сопротивлением $\text{R}$, в нем возникает индукционный ток $I = \frac{\mathcal{E}_{i}}{R}$.
Согласно правилу Ленца, направление этого тока таково, что создаваемое им магнитное поле противодействует изменению внешнего магнитного потока. Это означает, что при приближении магнита кольцо будет отталкиваться от него. Чтобы вдвинуть магнит, необходимо совершить механическую работу против силы отталкивания. Эта работа, согласно закону Джоуля-Ленца, превращается в теплоту, выделяющуюся в кольце. Когда движение магнита прекращается, изменение магнитного потока становится равным нулю, индукционный ток исчезает, и взаимодействие прекращается.
Ответ: В проводящем кольце возникает кратковременный индукционный ток, который создает магнитное поле, отталкивающее магнит. При этом кольцо нагревается. Эффект наблюдается только во время движения магнита.

б) кольцо сверхпроводящее
Сверхпроводник обладает нулевым электрическим сопротивлением ($R=0$). Когда к сверхпроводящему кольцу приближают магнит, в нем также возникает индукционный ток. Однако, в отличие от обычного проводника, в сверхпроводнике индуцируется незатухающий ток (сверхток).
Фундаментальным свойством сверхпроводящего контура является сохранение полного магнитного потока через него. Индуцированный сверхток создает собственное магнитное поле, которое в точности компенсирует изменение внешнего магнитного потока от магнита. В результате суммарный магнитный поток через кольцо остается постоянным (и равным нулю, если изначально поле отсутствовало).
Это явление (идеальный диамагнетизм или эффект Мейснера) приводит к возникновению сильной силы отталкивания между магнитом и кольцом. Эта сила способна уравновесить силу тяжести магнита, что приводит к явлению магнитной левитации. Поскольку сопротивление кольца равно нулю, выделения теплоты не происходит ($Q = I^2 R t = 0$). Индуцированный ток будет существовать до тех пор, пока кольцо находится в сверхпроводящем состоянии и внешнее магнитное поле не убрано.
Ответ: В сверхпроводящем кольце возникает незатухающий индукционный ток, который полностью выталкивает магнитное поле из области кольца. В результате между магнитом и кольцом возникает сильная сила отталкивания, при этом теплота не выделяется.