Экспериментальное исследование, страница 119 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 4. Электромагнитная индукция. Параграф 21. Явление электромагнитной индукции - страница 119.

Условие.

Экспериментальное исследование

Поместим катушку со вставленным в неё железным сердечником между полюсами двух полосовых магнитов (рис. 122). Если отодвигать один или оба конца магнитов от сердечника катушки, то гальванометр зарегистрирует ток в цепи катушки. Как только магниты останавливаются, ток прекращается. Объясните эти явления.

Рис. 122

Решение.

Описанные в задаче явления объясняются законом электромагнитной индукции. Суть этого явления заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

1. Возникновение тока при движении магнитов. Постоянные магниты создают вокруг себя магнитное поле. Железный сердечник, находящийся внутри катушки, концентрирует и усиливает это поле, поэтому через витки катушки проходит значительный магнитный поток $ \Phi $. Когда магниты отодвигают от сердечника, расстояние между ними и катушкой увеличивается. В результате магнитное поле, пронизывающее катушку, ослабевает, что приводит к изменению (уменьшению) магнитного потока $ \Delta\Phi $ через катушку. Согласно закону Фарадея для электромагнитной индукции, изменение магнитного потока во времени создаёт в катушке электродвижущую силу (ЭДС) индукции:

$ \mathcal{E}_{ind} = -N \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} $

где $ N $ — число витков в катушке, а $ \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} $ — скорость изменения магнитного потока. Так как катушка подключена к гальванометру, образуя замкнутую электрическую цепь, возникшая ЭДС индукции вызывает в ней индукционный ток. Этот ток и регистрирует гальванометр.

2. Прекращение тока при остановке магнитов. Когда магниты останавливаются, их положение относительно катушки становится постоянным. Магнитное поле, которое они создают, также становится постоянным. Следовательно, магнитный поток $ \Phi $, пронизывающий катушку, перестаёт изменяться ($ \Delta\Phi = 0 $). Поскольку ЭДС индукции возникает только при изменении магнитного потока, то при его постоянстве ($ \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} = 0 $) ЭДС индукции становится равной нулю. В отсутствие ЭДС индукционный ток в цепи прекращается, и стрелка гальванометра возвращается в нулевое положение.

Ответ: Возникновение тока в катушке при движении магнитов и его прекращение при их остановке объясняется явлением электромагнитной индукции. Ток возникает только тогда, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий катушку. Движение магнитов вызывает изменение потока, а их неподвижность — нет.