Номер 7, страница 5, 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 7, страница 5.

Условие.

7*. На рис. 4 изображены два варианта расположения проволочного кольца относительно прямого проводника с током. Направление тока $\text{I}$ в проводнике указано стрелкой. Ответьте (да/нет) на поставленные вопросы для случаев а и б.

Рис. 4

Будет ли в кольце возникать индукционный ток, если

1) ток в проводнике остаётся постоянным, а кольцо перемещают поступательно так, чтобы его ось не изменяла своего положения

а) ______

б) ______

2) сила тока в проводнике увеличивается с течением времени, а кольцо перемещают поступательно так, чтобы его ось не изменяла своего положения

а) ______

б) ______

3) сила тока в проводнике уменьшается с течением времени, а кольцо перемещают поступательно так, чтобы его ось не изменяла своего положения

а) ______

б) ______

4) при неизменной силе тока в проводнике кольцо перемещают поступательно так, чтобы расстояние между осью кольца и проводником увеличивалось

а) ______

б) ______

5) при неизменной силе тока в проводнике кольцо равномерно вращают вокруг его неподвижной оси

а) ______

б) ______

6) при неизменной силе тока в проводнике кольцо равномерно вращают вокруг его диаметра, лежащего в плоскости рисунка

а) ______

б) ______

Решение.

Решение

Индукционный ток в замкнутом контуре (кольце) возникает тогда, когда изменяется магнитный поток $Ф$, пронизывающий этот контур. Это следует из закона электромагнитной индукции Фарадея, согласно которому ЭДС индукции $E_{ind}$ пропорциональна скорости изменения магнитного потока: $E_{ind} = - \frac{d\Phi}{dt}$. Если ЭДС индукции не равна нулю, в кольце возникает ток.

Магнитное поле прямого проводника с током $I$ представляет собой концентрические окружности, лежащие в плоскостях, перпендикулярных проводу. Величина индукции магнитного поля $B$ убывает с расстоянием от провода.

Рассмотрим два случая:

Случай а): Проводник проходит через центр кольца перпендикулярно его плоскости. Линии магнитной индукции $\vec{B}$ лежат в плоскости кольца. Это означает, что ни одна линия магнитного поля не пересекает поверхность, ограниченную кольцом. Следовательно, магнитный поток $Ф$ через кольцо в этом случае всегда равен нулю. Раз поток всегда равен нулю, он не может измениться, поэтому индукционный ток в случае а) не возникнет ни при каких условиях, описанных в задаче.

Случай б): Проводник расположен рядом с кольцом и параллелен его оси. Линии магнитной индукции пронизывают плоскость кольца, создавая ненулевой магнитный поток $Ф$. Индукционный ток в этом случае будет возникать, если этот поток будет изменяться со временем.

1) ток в проводнике остаётся постоянным, а кольцо перемещают поступательно так, чтобы его ось не изменяла своего положения

а) Магнитный поток равен нулю и не изменяется. Индукционный ток не возникает.

б) Кольцо перемещается параллельно проводу. Расстояние от каждой точки кольца до провода остается постоянным. Поскольку ток в проводнике не меняется, магнитное поле, пронизывающее кольцо, также постоянно. Магнитный поток не изменяется, индукционный ток не возникает.

Ответ: а) нет, б) нет.

2) сила тока в проводнике увеличивается с течением времени, а кольцо перемещают поступательно так, чтобы его ось не изменяла своего положения

а) Магнитный поток равен нулю и не изменяется. Индукционный ток не возникает.

б) Сила тока в проводнике увеличивается, что приводит к увеличению индукции создаваемого им магнитного поля. Следовательно, магнитный поток через неподвижное (относительно провода) кольцо будет увеличиваться. Это изменение потока ($\frac{d\Phi}{dt} \neq 0$) создает индукционный ток.

Ответ: а) нет, б) да.

3) сила тока в проводнике уменьшается с течением времени, а кольцо перемещают поступательно так, чтобы его ось не изменяла своего положения

а) Магнитный поток равен нулю и не изменяется. Индукционный ток не возникает.

б) Сила тока в проводнике уменьшается, что приводит к уменьшению индукции магнитного поля. Магнитный поток через кольцо будет уменьшаться. Это изменение потока ($\frac{d\Phi}{dt} \neq 0$) создает индукционный ток.

Ответ: а) нет, б) да.

4) при неизменной силе тока в проводнике кольцо перемещают поступательно так, чтобы расстояние между осью кольца и проводником увеличивалось

а) Магнитный поток равен нулю и не изменяется. Индукционный ток не возникает.

б) Кольцо удаляется от проводника. Величина индукции магнитного поля убывает с увеличением расстояния от провода. Поэтому при удалении кольца магнитный поток, пронизывающий его, будет уменьшаться. Это изменение потока ($\frac{d\Phi}{dt} \neq 0$) создает индукционный ток.

Ответ: а) нет, б) да.

5) при неизменной силе тока в проводнике кольцо равномерно вращают вокруг его неподвижной оси

а) Магнитный поток равен нулю и не изменяется. Индукционный ток не возникает.

б) Кольцо вращается вокруг своей оси симметрии, которая параллельна проводу. Магнитное поле проводника имеет осевую симметрию. При таком вращении взаимное расположение кольца и линий магнитного поля не меняется. Магнитный поток через кольцо остается постоянным, индукционный ток не возникает.

Ответ: а) нет, б) нет.

6) при неизменной силе тока в проводнике кольцо равномерно вращают вокруг его диаметра, лежащего в плоскости рисунка

а) Магнитный поток равен нулю и не изменяется. Индукционный ток не возникает.

б) При вращении кольца вокруг диаметра постоянно изменяется угол между плоскостью кольца и линиями магнитной индукции, которые ее пронизывают. Это приводит к периодическому изменению магнитного потока через кольцо (от максимального значения до нуля и обратно). Изменение потока ($\frac{d\Phi}{dt} \neq 0$) создает индукционный ток.

Ответ: а) нет, б) да.