Вопросы, страница 97 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Вопросы

1. Что нового открыл Э. Х. Ленц при исследовании явления электромагнитной индукции?

2. Сформулируйте правило Ленца.

3. Чем объясняется подчинение направления индукционного тока правилу Ленца?

4. Какая связь существует между правилом Ленца и законом сохранения энергии?

1. При исследовании явления электромагнитной индукции, открытого М. Фарадеем, русский физик Эмилий Христианович Ленц установил правило, которое определяет направление индукционного тока в замкнутом проводящем контуре. До Ленца было известно, что изменяющийся магнитный поток порождает ток, но не было общего закона для определения его направления. Ленц экспериментально обнаружил и сформулировал эту закономерность.

Ответ: Э. Х. Ленц открыл закон, определяющий направление индукционного тока, возникающего в замкнутом контуре при изменении пронизывающего его магнитного потока.

2. Правило Ленца формулируется следующим образом: возникающий в замкнутом проводящем контуре индукционный ток имеет такое направление, что создаваемый им собственный магнитный поток препятствует изменению внешнего магнитного потока, которое вызвало этот ток. Это противодействие может проявляться в отталкивании (если внешний магнитный поток нарастает) или притяжении (если внешний магнитный поток убывает).

Математически это правило выражается знаком «минус» в законе электромагнитной индукции Фарадея: $E_{ind} = - \frac{d\Phi}{dt}$, где $E_{ind}$ – ЭДС индукции, а $\frac{d\Phi}{dt}$ – скорость изменения магнитного потока.

Ответ: Индукционный ток, возникающий в замкнутом контуре, своим магнитным полем противодействует изменению внешнего магнитного потока, которое стало причиной возникновения этого тока.

3. Подчинение направления индукционного тока правилу Ленца объясняется фундаментальным физическим принципом — законом сохранения энергии. Рассмотрим гипотетическую ситуацию, в которой индукционный ток не противодействовал бы, а, наоборот, способствовал бы изменению магнитного потока. В этом случае, небольшое начальное изменение потока вызвало бы индукционный ток, который создал бы магнитное поле, усиливающее это изменение. Усиленное изменение потока, в свою очередь, привело бы к увеличению индукционного тока, и так далее. Этот процесс самопроизвольного нарастания тока и энергии происходил бы без затрат энергии извне, что равносильно созданию энергии из ничего и противоречит закону сохранения энергии.

Таким образом, индукционный ток обязан создавать магнитное поле, которое противодействует причине его возникновения. Это означает, что для поддержания изменения магнитного потока (например, для проталкивания магнита в катушку) необходимо совершать механическую работу против сил противодействия (силы Ампера). Эта работа и преобразуется в электрическую энергию индукционного тока и далее, как правило, в теплоту по закону Джоуля-Ленца.

Ответ: Подчинение направления индукционного тока правилу Ленца объясняется законом сохранения энергии. Если бы ток усиливал изменение потока, это привело бы к созданию энергии из ничего.

4. Связь между правилом Ленца и законом сохранения энергии прямая и неразрывная. Правило Ленца является следствием или, можно сказать, частным проявлением закона сохранения энергии в электромагнитных явлениях.

Закон сохранения энергии утверждает, что энергия не может быть создана или уничтожена, а может только переходить из одной формы в другую. В явлении электромагнитной индукции происходит именно такое преобразование энергии. Например, механическая энергия, затрачиваемая на перемещение магнита относительно контура, преобразуется в электрическую энергию индукционного тока. Или энергия источника тока в первичной катушке, изменяющего магнитное поле, преобразуется в энергию индукционного тока во вторичной катушке.

Правило Ленца гарантирует, что это преобразование происходит в соответствии с законом сохранения энергии. Противодействие, о котором говорит правило Ленца, — это именно та сила, против которой нужно совершить работу, чтобы получить электрическую энергию. Если бы противодействия не было, энергия возникала бы без совершения работы, что невозможно.

Ответ: Правило Ленца является прямым следствием закона сохранения энергии. Оно обеспечивает выполнение этого закона в явлениях электромагнитной индукции, требуя, чтобы на создание электрической энергии индукционного тока была затрачена эквивалентная работа против сил электромагнитного взаимодействия.