Номер 821, страница 130 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитные явления. Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца - номер 821, страница 130.

Условие.

821. В 1822 г. физик Араго заметил, что колеблющаяся около положения равновесия магнитная стрелка быстро останавливается, если находится в футляре из меди, тогда как без медного футляра её качание долго не прекращается. Объясните явление.

Решение.

Решение

Это явление, известное как опыт Араго, объясняется явлением электромагнитной индукции и правилом Ленца.

1. Колеблющаяся магнитная стрелка представляет собой движущийся магнит, который создает вокруг себя переменное магнитное поле.

2. Медный футляр является проводником. Когда стрелка колеблется внутри него, переменное магнитное поле стрелки создает изменяющийся магнитный поток, пронизывающий стенки медного футляра.

3. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменение магнитного потока через проводник индуцирует в нем электрический ток. В сплошном проводнике, каким является медный футляр, возникают замкнутые индукционные токи, называемые вихревыми токами (или токами Фуко).

4. В соответствии с правилом Ленца, индукционные токи всегда направлены так, что создаваемое ими магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, которым они вызваны. В данном случае магнитное поле вихревых токов противодействует движению магнитной стрелки.

5. Взаимодействие магнитного поля стрелки с магнитным полем вихревых токов создает тормозящую силу (момент силы), которая всегда направлена против скорости движения полюсов стрелки. Эта сила и вызывает быстрое затухание колебаний, то есть быструю остановку стрелки.

6. С точки зрения закона сохранения энергии, кинетическая энергия колеблющейся стрелки преобразуется во внутреннюю энергию медного футляра (он нагревается из-за протекания по нему вихревых токов по закону Джоуля-Ленца).

7. Без медного футляра основным фактором затухания колебаний является сопротивление воздуха, которое значительно слабее электромагнитного торможения, поэтому стрелка колеблется долго.

Ответ: Быстрая остановка колеблющейся магнитной стрелки в медном футляре объясняется электромагнитным торможением. Переменное магнитное поле стрелки индуцирует в проводящем медном футляре вихревые токи. Эти токи создают собственное магнитное поле, которое, согласно правилу Ленца, противодействует движению стрелки, что приводит к быстрому затуханию её колебаний.