Задача 22.2, страница 96 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Задача 22.2. На рисунке 22.9 показано расположение катушки из медного провода, подвешенной против сплошного алюминиевого кольца. Через катушку течёт постоянный ток, направление тока в катушке показано жёлтой стрелкой. Возникнет ли индукционный ток в алюминиевом кольце при движении к нему этой катушки?

Если индукционный ток возникнет, то каким будет направление тока в кольце?

Какие силы взаимодействия возникнут при этом между катушкой и кольцом — притяжения или отталкивания?

Рис. 22.9

Возникнет ли индукционный ток в алюминиевом кольце при движении к нему этой катушки?

Да, индукционный ток в алюминиевом кольце возникнет. Катушка, по которой течёт постоянный ток, создаёт вокруг себя постоянное магнитное поле. Когда катушка начинает двигаться по направлению к сплошному алюминиевому кольцу, магнитный поток, пронизывающий это кольцо, изменяется (в данном случае, увеличивается). Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, любое изменение магнитного потока через замкнутый проводящий контур приводит к возникновению в этом контуре электродвижущей силы (ЭДС) индукции и, как следствие, индукционного тока. Формула закона выглядит так: $ \mathcal{E}_i = - \frac{d\Phi}{dt} $, где $ \mathcal{E}_i $ — ЭДС индукции, а $ \frac{d\Phi}{dt} $ — скорость изменения магнитного потока.

Ответ: Да, индукционный ток возникнет, так как при движении катушки изменяется магнитный поток через кольцо.

Если индукционный ток возникнет, то каким будет направление тока в кольце?

Направление индукционного тока определяется правилом Ленца. Оно гласит, что индукционный ток всегда имеет такое направление, что его собственное магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, которым он вызван.

1. Сначала определим направление магнитного поля катушки. Используя правило правой руки (если обхватить катушку так, чтобы пальцы были направлены по току, то большой палец укажет направление вектора магнитной индукции $ \vec{B} $ внутри катушки), мы видим, что магнитное поле катушки направлено влево. Таким образом, левая сторона катушки является её северным полюсом (N).

2. Катушка приближается к кольцу, поэтому магнитный поток, направленный влево, через кольцо увеличивается.

3. Согласно правилу Ленца, индукционный ток в кольце создаст собственное магнитное поле, которое будет препятствовать этому увеличению. То есть, магнитное поле кольца будет направлено вправо, навстречу полю катушки.

4. Снова применив правило правой руки для кольца (большой палец направляем вправо по направлению индуцированного магнитного поля), мы определим, что индукционный ток в кольце будет иметь направление, противоположное направлению тока в катушке (если смотреть со стороны катушки).

Ответ: Направление индукционного тока в кольце будет противоположно направлению тока в катушке.

Какие силы взаимодействия возникнут при этом между катушкой и кольцом — притяжения или отталкивания?

Взаимодействие между катушкой и кольцом определяется взаимодействием их магнитных полей. Как мы установили, при приближении катушки к кольцу её левая сторона, обращенная к кольцу, является северным полюсом (N). Индукционный ток в кольце создаёт собственное магнитное поле, направленное навстречу полю катушки. Это означает, что сторона кольца, обращенная к катушке, также становится северным полюсом (N). Поскольку одноимённые магнитные полюса отталкиваются, между катушкой и кольцом возникнет сила отталкивания. Этот эффект также является прямым следствием правила Ленца: система всегда противодействует движению, вызывающему индукцию.

Ответ: Между катушкой и кольцом возникнут силы отталкивания.