Номер 824, страница 131 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитные явления. Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца - номер 824, страница 131.

Условие.

► 824. Опыт академика Аркадьева. Над свинцовой чашей, находящейся в сверхпроводящем состоянии, помещают лёгкий магнит (рис. 198). Объясните, почему магнит не падает, а как бы парит над чашей. Прочитайте в литературе о сверхпроводимости.

Рис. 198

Решение.

Решение

Явление, описанное в задаче, объясняется свойствами сверхпроводников. Свинцовая чаша находится в сверхпроводящем состоянии, что означает, что она была охлаждена ниже своей критической температуры (для свинца это примерно 7.2 Кельвина). В таком состоянии электрическое сопротивление материала становится равным нулю.

Когда над сверхпроводящей чашей помещают магнит, происходит явление, известное как эффект Мейснера. Суть этого эффекта заключается в том, что сверхпроводник выталкивает из своего объема магнитное поле. Это происходит следующим образом:

1. Приближающийся магнит создает переменное магнитное поле, которое пронизывает поверхность свинцовой чаши.

2. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменение магнитного потока индуцирует в чаше электрический ток.

3. Поскольку чаша является сверхпроводником с нулевым сопротивлением, в ней возникают незатухающие поверхностные (вихревые) токи очень большой силы.

4. В соответствии с правилом Ленца, эти индуцированные токи создают собственное магнитное поле, которое направлено противоположно полю постоянного магнита и полностью его компенсирует.

5. Взаимодействие двух противоположно направленных магнитных полей — поля постоянного магнита и поля, созданного индуцированными токами в сверхпроводнике, — приводит к возникновению силы отталкивания.

Эта магнитная сила отталкивания уравновешивает силу тяжести, действующую на магнит, в результате чего магнит зависает, или «парит», над поверхностью сверхпроводящей чаши. Условие равновесия для парящего магнита можно записать как $F_{магн} = F_{тяж}$, где $F_{магн}$ – сила магнитного отталкивания, а $F_{тяж}$ – сила тяжести. Это явление называется квантовой левитацией.

Ответ: Магнит не падает, а парит над свинцовой чашей, потому что чаша находится в сверхпроводящем состоянии. В сверхпроводнике под действием магнитного поля магнита возникают незатухающие индукционные токи, которые создают магнитное поле, отталкивающее магнит. Эта сила отталкивания уравновешивает силу тяжести, действующую на магнит, заставляя его левитировать. Это явление известно как эффект Мейснера.