Номер ?1, страница 63, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 78. Исследовательские работы. Вопросы для обсуждения - номер ?1, страница 63.

Условие.

Магнит быстро опускают в катушку. На что расходуется работа силы тяжести?

Решение.

Когда магнит опускают в катушку, происходит явление электромагнитной индукции. Работа силы тяжести, действующей на магнит, расходуется на несколько процессов, которые можно описать, используя закон сохранения энергии.

1. При движении магнита сквозь катушку изменяется магнитный поток, пронизывающий витки катушки. Согласно закону Фарадея, это изменение магнитного потока создает в катушке индукционную электродвижущую силу (ЭДС), которая, в свою очередь, вызывает появление индукционного электрического тока.

2. По правилу Ленца, индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует причине, вызвавшей этот ток. В данном случае, индукционный ток создаст магнитное поле, которое будет отталкивать приближающийся магнит. Это означает, что на магнит со стороны катушки будет действовать сила Ампера, направленная вверх, против движения магнита.

3. Таким образом, работа силы тяжести $A_g$, которая тянет магнит вниз, расходуется на два основных компонента:

• Увеличение кинетической энергии магнита ($E_k$). Магнит ускоряется под действием силы тяжести, хотя и не так сильно, как в свободном падении из-за противодействующей магнитной силы.

• Совершение работы против силы Ампера ($A_A$). Чтобы преодолеть отталкивающую магнитную силу, сила тяжести совершает работу. Эта работа превращается в электрическую энергию индукционного тока в контуре катушки.

4. Электрическая энергия, возникшая в катушке, в свою очередь, согласно закону Джоуля-Ленца, выделяется в виде тепла ($\text{Q}$) на сопротивлении проводника катушки. То есть, катушка нагревается. Количество выделившейся теплоты равно работе индукционного тока: $Q = A_A$.

Таким образом, полная работа силы тяжести идет на приращение кинетической энергии магнита и на нагрев катушки.

Ответ: Работа силы тяжести расходуется на увеличение кинетической энергии магнита и на совершение работы по преодолению силы магнитного отталкивания со стороны катушки. Эта работа, в свою очередь, преобразуется во внутреннюю энергию (теплоту), выделяющуюся в катушке при протекании по ней индукционного тока.