Задача 22.4, страница 96 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Задача 22.4. На рисунке 22.11 показано расположение двух катушек из медного провода на общем стальном сердечнике. При подключении верхней катушки к источнику тока в ней возникает электрический ток, направление тока указано на катушке красной стрелкой. Возникнет ли индукционный ток в нижней катушке, концы которой соединены проводом? Если индукционный ток возникнет, каким будет направление тока в ней?

Рис. 22.11

Дано:

На общем стальном сердечнике расположены две катушки. Верхняя катушка подключается к источнику тока, в результате чего в ней возникает электрический ток, направление которого указано красной стрелкой. Нижняя катушка замкнута (концы соединены проводом).

Найти:

1. Возникнет ли индукционный ток в нижней катушке?

2. Если индукционный ток возникнет, каким будет направление тока в ней?

Решение:

1. При подключении верхней катушки к источнику тока, ток $I_1$ в ней возрастает от нуля до некоторого значения. Возрастающий электрический ток создает вокруг себя переменное магнитное поле. Стальной сердечник, являясь ферромагнетиком, усиливает это магнитное поле и концентрирует его внутри себя.

2. Определим направление магнитного поля, создаваемого верхней катушкой. Используем правило правой руки (правило буравчика). Направление тока в передней части витков верхней катушки, согласно красной стрелке, — сверху вниз. Если обхватить катушку правой рукой так, чтобы четыре пальца были направлены по току в витках, то отставленный большой палец покажет направление магнитного поля $B_1$ внутри катушки. В данном случае магнитное поле будет направлено вертикально вниз.

3. Поскольку ток $I_1$ в верхней катушке нарастает, создаваемое им магнитное поле $B_1$ также усиливается. Это переменное магнитное поле пронизывает и нижнюю катушку, создавая в ней изменяющийся со временем магнитный поток $Φ_2$.

4. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в любом замкнутом контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур, возникает электрический ток. Так как нижняя катушка образует замкнутый контур, то в момент подключения верхней катушки в ней возникнет индукционный ток $I_{ind}$.

5. Для определения направления индукционного тока воспользуемся правилом Ленца. Согласно этому правилу, индукционный ток имеет такое направление, что его собственное магнитное поле $B_{ind}$ противодействует изменению магнитного потока, которым этот ток вызван. В нашем случае магнитный поток, созданный верхней катушкой, направлен вниз и возрастает. Следовательно, индукционный ток в нижней катушке должен создать магнитное поле $B_{ind}$, направленное в противоположную сторону, то есть вертикально вверх.

6. Снова применяем правило правой руки, но уже для нижней катушки, чтобы найти направление тока, создающего магнитное поле вверх. Если большой палец правой руки направить вверх (по направлению поля $B_{ind}$), то четыре согнутых пальца укажут направление индукционного тока $I_{ind}$ в витках катушки. На передней стороне нижней катушки ток будет направлен снизу вверх. В соединительном проводе ток будет течь от верхнего зажима (клеммы) нижней катушки к нижнему зажиму.

Ответ: Да, в нижней катушке в момент подключения верхней катушки возникнет индукционный ток. Направление этого тока будет таким, что на передней (видимой) стороне катушки он будет течь снизу вверх, создавая магнитное поле, направленное противоположно полю верхней катушки.