Экспериментальные задания, страница 171 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

Используя правило Ленца, объясните, почему наблюдается такое движение кольца. Если же магнит вносить внутрь разомкнутого кольца или выдвигать из него, то прибор останется неподвижным. Объясните, почему так происходит.

Объяснение движения замкнутого кольца при взаимодействии с магнитом

При движении магнита относительно замкнутого проводящего кольца изменяется магнитный поток $ \Phi $, пронизывающий площадь, ограниченную этим кольцом. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, такое изменение магнитного потока приводит к возникновению в кольце электродвижущей силы (ЭДС) индукции.

Поскольку кольцо представляет собой замкнутый контур, под действием ЭДС в нем возникает индукционный электрический ток. Согласно правилу Ленца, направление этого тока таково, что создаваемое им собственное магнитное поле противодействует изменению внешнего магнитного потока, которое его породило.

1. Если вносить магнит в кольцо (например, северным полюсом), то внешний магнитный поток через кольцо увеличивается. Индуцированный ток создаст магнитное поле, которое будет направлено навстречу полю магнита. То есть, сторона кольца, обращенная к магниту, станет одноименным полюсом (в данном примере — северным). Одноименные полюса отталкиваются, поэтому кольцо будет двигаться от магнита.

2. Если выдвигать магнит из кольца, то внешний магнитный поток уменьшается. Индуцированный ток создаст магнитное поле, которое будет стремиться поддержать убывающий поток, то есть будет сонаправлено с полем магнита. Сторона кольца, обращенная к магниту, станет разноименным полюсом (в примере — южным). Разноименные полюса притягиваются, поэтому кольцо будет двигаться за магнитом.

Таким образом, в обоих случаях возникает сила магнитного взаимодействия, которая и вызывает движение кольца.

Ответ: Движение замкнутого кольца объясняется возникновением в нем индукционного тока при изменении магнитного потока. Согласно правилу Ленца, этот ток создает собственное магнитное поле, которое взаимодействует с полем магнита (отталкиваясь или притягиваясь), что и приводит кольцо в движение.

Объяснение неподвижности разомкнутого кольца при взаимодействии с магнитом

Когда магнит вносят внутрь разомкнутого кольца или выдвигают из него, магнитный поток $ \Phi $ через его площадь также изменяется. В соответствии с законом электромагнитной индукции, в проводнике по-прежнему наводится ЭДС индукции.

Однако ключевое отличие заключается в том, что кольцо разомкнуто, то есть имеет разрыв и не образует замкнутой электрической цепи. Из-за этого, несмотря на наличие ЭДС, непрерывный макроскопический индукционный ток в кольце протекать не может. Происходит лишь кратковременное перераспределение свободных электронов, в результате чего на концах разрыва накапливаются заряды и возникает разность потенциалов, равная ЭДС индукции.

Поскольку в разомкнутом кольце нет постоянного индукционного тока, оно не создает собственного магнитного поля. Следовательно, отсутствует и магнитная сила взаимодействия с полем постоянного магнита.

Ответ: Разомкнутое кольцо остается неподвижным, так как из-за разрыва в цепи в нем не может возникнуть индукционный ток. Без индукционного тока не создается собственное магнитное поле, а значит, не возникает и сила, которая могла бы вызвать движение кольца при взаимодействии с магнитом.