Вопросы, страница 95 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Вопросы

1. Чем объясняется отталкивание алюминиевого кольца при введении в него магнита и притяжение к магниту при его удалении из кольца?

2. Почему разрезанное алюминиевое кольцо не взаимодействует с движущимся магнитом?

3. По какому правилу можно определить направление индукционного тока в проводнике?

1. Это явление объясняется законом электромагнитной индукции Фарадея и правилом Ленца.

Когда в сплошное алюминиевое кольцо (которое является замкнутым проводящим контуром) вводят магнит, магнитный поток, пронизывающий площадь кольца, увеличивается. Согласно закону электромагнитной индукции, это изменение магнитного потока создает в кольце электродвижущую силу (ЭДС) и, как следствие, индукционный электрический ток.

Направление этого тока определяется правилом Ленца, которое гласит, что индукционный ток всегда направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать причине, его вызвавшей. При приближении магнита индукционный ток создает магнитное поле, направленное навстречу полю магнита. Это приводит к тому, что сторона кольца, обращенная к магниту, приобретает ту же полярность, что и приближающийся полюс магнита (например, северный полюс против северного). Так как одноименные магнитные полюса отталкиваются, кольцо отталкивается от магнита.

Когда магнит удаляют из кольца, магнитный поток через него уменьшается. Вновь возникает индукционный ток, но теперь его магнитное поле, согласно правилу Ленца, стремится поддержать убывающий поток, то есть направлено в ту же сторону, что и поле магнита. В результате сторона кольца, обращенная к магниту, приобретает противоположную полярность (например, южный полюс к удаляющемуся северному полюсу). Разноименные полюса притягиваются, поэтому кольцо следует за магнитом, притягиваясь к нему.

Ответ: Отталкивание и притяжение кольца объясняются возникновением в нем индукционного тока при изменении магнитного потока. Согласно правилу Ленца, этот ток создает магнитное поле, которое противодействует движению магнита: отталкивает при приближении и притягивает при удалении.

2. В разрезанном алюминиевом кольце отсутствует замкнутая электрическая цепь. Когда движущийся магнит изменяет магнитный поток через такое кольцо, ЭДС индукции все равно возникает. Под действием этой ЭДС свободные электроны в металле смещаются, и на концах разреза возникает разность потенциалов: один конец заряжается положительно, другой — отрицательно. Однако, из-за наличия разрыва, постоянный электрический ток не может протекать по всему контуру кольца. Возникает лишь кратковременный ток перезарядки емкости, образованной концами разреза, но он ничтожно мал и быстро прекращается. Для создания заметного магнитного поля, способного взаимодействовать с полем магнита, необходим значительный и продолжительный ток. Поскольку в разрезанном кольце такой ток отсутствует, оно не создает собственного магнитного поля и, следовательно, не вступает в силовое взаимодействие с движущимся магнитом.

Ответ: Разрезанное кольцо является разомкнутым контуром, поэтому в нем не может возникнуть замкнутый индукционный ток, который необходим для создания собственного магнитного поля и последующего взаимодействия с магнитом.

3. Направление индукционного тока в проводнике определяется по правилу Ленца. Это фундаментальное правило, являющееся проявлением закона сохранения энергии в электромагнитных явлениях.

Правило Ленца: Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, всегда имеет такое направление, что создаваемое им собственное магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, которым этот ток был вызван.

Чтобы применить это правило, нужно:

1. Определить направление внешнего магнитного поля ($ \vec{B} $), пронизывающего контур.

2. Установить, увеличивается или уменьшается магнитный поток через контур при движении магнита или изменении тока.

3. Определить направление магнитного поля ($ \vec{B}_{i} $), которое должен создать индукционный ток. Если поток возрастает, поле $ \vec{B}_{i} $ направлено против поля $ \vec{B} $. Если поток убывает, поле $ \vec{B}_{i} $ сонаправлено с полем $ \vec{B} $.

4. Зная направление поля $ \vec{B}_{i} $, найти направление самого индукционного тока с помощью правила правой руки (правило буравчика): если большой палец правой руки направить по вектору $ \vec{B}_{i} $, то согнутые четыре пальца укажут направление тока в контуре.

В частном случае для прямолинейного проводника, движущегося в магнитном поле, можно использовать правило правой руки: если расположить правую руку так, чтобы вектор магнитной индукции $ \vec{B} $ входил в ладонь, а отогнутый на 90 градусов большой палец был направлен по направлению движения проводника, то четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока в проводнике.

Ответ: Направление индукционного тока в проводнике определяется по правилу Ленца, а также по правилу правой руки.