Номер 6, страница 196 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Глава IV. Электромагнитные явления. Параграф 34. Электромагнитная индукция - номер 6, страница 196.

Условие.

6*. Объясните опытный факт 2 в начале параграфа.

Решение.

Опытный факт 2, о котором, вероятнее всего, идёт речь, — это правило Ленца. Оно гласит, что индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван этот ток.

Объяснение этого факта основывается на законе сохранения энергии.

Рассмотрим конкретный пример: пусть к замкнутому проводящему кольцу приближают постоянный магнит северным полюсом.

1. При движении магнита к кольцу магнитный поток через площадь, ограниченную кольцом, увеличивается.

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

3. Появившийся индукционный ток сам создаёт собственное магнитное поле. Согласно правилу Ленца, это поле будет направлено так, чтобы ослабить увеличение внешнего магнитного потока. То есть, оно будет направлено противоположно магнитному полю постоянного магнита. Это означает, что со стороны магнита у кольца образуется такой же, северный, полюс.

4. Как известно, одноимённые полюса отталкиваются. Следовательно, между магнитом и кольцом возникает сила отталкивания. Чтобы продолжать движение магнита к кольцу, необходимо совершать механическую работу против этой силы.

Именно эта механическая работа, совершаемая внешней силой, и преобразуется в энергию электрического тока в кольце. Эта электрическая энергия, в свою очередь, обычно выделяется в виде тепла в проводнике в соответствии с законом Джоуля-Ленца: $Q = I_{ind}^2 R t$.

Если бы индукционный ток имел обратное направление (т.е. не противодействовал, а содействовал изменению потока), то при приближении магнита возникла бы сила притяжения. Тогда магнит начал бы сам ускоряться в сторону кольца, что привело бы к ещё большему изменению потока, увеличению тока и силы притяжения. Это привело бы к самопроизвольному увеличению кинетической энергии магнита и тепловой энергии в кольце, то есть к возникновению энергии из ничего. Это прямо противоречит закону сохранения энергии.

Таким образом, правило Ленца является прямым следствием закона сохранения энергии в электромагнитных явлениях. Противодействие изменению потока — это необходимое условие для того, чтобы энергия не создавалась из ниоткуда.

Ответ: Опытный факт 2 (правило Ленца) объясняется законом сохранения энергии. Направление индукционного тока таково, что его магнитное поле противодействует причине, его вызывающей (изменению магнитного потока). Это противодействие проявляется как сила (отталкивания при сближении или притяжения при удалении), для преодоления которой необходимо совершать механическую работу. Эта работа преобразуется в электрическую энергию индукционного тока, которая затем переходит, как правило, в тепло. Если бы ток усиливал изменение потока, это приводило бы к созданию энергии из ничего, что невозможно.