Номер 812, страница 129 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитные явления. Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца - номер 812, страница 129.

Условие.

812. Металлическое кольцо, подвешенное на двух нитях, качается, как маятник. Почему качания быстро прекращаются, если к кольцу приблизить полюс магнита?

Решение.

Решение

Это явление объясняется электромагнитной индукцией и правилом Ленца.

1. Когда металлическое (проводящее) кольцо качается, оно пересекает силовые линии неоднородного магнитного поля, создаваемого полюсом магнита. Вследствие этого магнитный поток $ \Phi_B $, пронизывающий площадь кольца, непрерывно изменяется.

2. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в любом замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через него возникает электродвижущая сила (ЭДС) индукции: $ \mathcal{E}_{ind} = - \frac{d\Phi_B}{dt} $.

3. Поскольку кольцо является замкнутым проводником, возникшая ЭДС создает в нем индукционный электрический ток (также известный как вихревой ток или ток Фуко).

4. Согласно правилу Ленца, индукционный ток всегда направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которым он вызван.

- Когда кольцо движется к магниту, магнитный поток через него возрастает. Индукционный ток создает магнитное поле, которое отталкивает кольцо от магнита, то есть тормозит его движение.

- Когда кольцо движется от магнита, магнитный поток убывает. Индукционный ток меняет направление и создает магнитное поле, которое притягивает кольцо к магниту, снова тормозя его движение.

Таким образом, на кольцо постоянно действует тормозящая сила электромагнитной природы, которая всегда направлена против вектора скорости кольца. Эта сила совершает отрицательную работу, в результате чего кинетическая энергия колебаний кольца быстро преобразуется во внутреннюю энергию (теплоту), выделяющуюся в кольце за счет его электрического сопротивления. Этот процесс называется электромагнитным демпфированием, и он приводит к быстрому затуханию колебаний.

Ответ: Качания быстро прекращаются из-за возникновения в металлическом кольце индукционных (вихревых) токов при его движении в магнитном поле. Взаимодействие этих токов с магнитным полем порождает силу, которая, согласно правилу Ленца, всегда направлена против движения кольца и тормозит его. В результате механическая энергия колебаний быстро переходит в тепловую энергию, и качания затухают.