Номер 2, страница 3, часть 3 - гдз по физике 9 класс рабочая тетрадь Грачев, Погожев

Часть 3. Глава 7. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 36. Переменный электрический ток - номер 2, страница 3.

Условие.

2. Сформулируйте правило Ленца.

Решение.

Правило Ленца — это физический закон, определяющий направление индукционного тока, который возникает в замкнутом проводящем контуре при изменении проходящего через него магнитного потока.

Формулировка: Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, всегда имеет такое направление, что создаваемое им собственное магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван этот ток.

Простыми словами, электромагнитная система «сопротивляется» любым изменениям.
• Если внешний магнитный поток через контур возрастает, индукционный ток создает магнитное поле, направленное против внешнего поля, чтобы ослабить его.
• Если внешний магнитный поток убывает, индукционный ток создает магнитное поле, сонаправленное с внешним полем, чтобы поддержать его.

Правило Ленца является прямым следствием закона сохранения энергии. Если бы индукционный ток усиливал изменение потока, это привело бы к самопроизвольному и бесконечному увеличению энергии в системе, что нарушает фундаментальный закон природы. Работа, затрачиваемая на преодоление противодействия, создаваемого по правилу Ленца (например, работа по проталкиванию магнита в катушку против силы отталкивания), и превращается в энергию индукционного тока.

Математически правило Ленца выражается знаком «минус» в законе электромагнитной индукции Фарадея:

$ \mathcal{E}_{i} = - \frac{d\Phi_B}{dt} $

где $ \mathcal{E}_{i} $ — электродвижущая сила (ЭДС) индукции, а $ \frac{d\Phi_B}{dt} $ — скорость изменения магнитного потока $ \Phi_B $. Знак «минус» как раз и указывает на то, что возникающая ЭДС индукции направлена так, чтобы препятствовать изменению магнитного потока.

Алгоритм для определения направления индукционного тока:
1. Определить направление линий внешнего магнитного поля $ \vec{B} $, пронизывающих контур.
2. Установить, увеличивается или уменьшается магнитный поток через контур ($ d\Phi_B > 0 $ или $ d\Phi_B < 0 $).
3. Определить направление магнитного поля индукционного тока $ \vec{B}_i $. Согласно правилу Ленца, поле $ \vec{B}_i $ будет направлено так, чтобы противодействовать изменению: противоположно $ \vec{B} $, если поток растет, и сонаправлено с $ \vec{B} $, если поток убывает.
4. Зная направление поля $ \vec{B}_i $, с помощью правила правой руки (правила буравчика) определить направление индукционного тока $ I_i $ в контуре, который создает это поле.

Ответ: Правило Ленца гласит, что индукционный ток в замкнутом контуре всегда направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которое его вызвало. Если внешний магнитный поток возрастает, индуцированный ток создает поле, направленное против внешнего; если поток убывает — индуцированный ток создает поле, сонаправленное с внешним. Это правило является проявлением закона сохранения энергии в электромагнитных явлениях и математически выражается знаком «минус» в законе Фарадея: $ \mathcal{E}_{i} = - \frac{d\Phi_B}{dt} $.