Номер 670, страница 102 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитное поле. Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Самоиндукция - номер 670, страница 102.

Условие.

670. На столе две катушки: одна замкнута на гальванометр, другая разомкнута. В обе катушки вводят с одинаковой скоростью одинаковые магниты. Сравните работы, совершаемые в обоих случаях.

Решение.

Решение

Для решения задачи рассмотрим оба случая с точки зрения закона электромагнитной индукции и закона сохранения энергии.

1. Разомкнутая катушка. При внесении магнита в катушку изменяется магнитный поток $ \Phi $ через ее витки. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, это приводит к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) индукции: $E_{инд} = - \frac{d\Phi}{dt}$. Однако, поскольку цепь катушки разомкнута, индукционный ток в ней течь не может ($I = 0$). Если тока нет, то катушка не создает собственного магнитного поля, которое могло бы взаимодействовать с полем вносимого магнита. Следовательно, сила, противодействующая движению магнита (согласно правилу Ленца), не возникает. Таким образом, работа $A_1$, совершаемая внешней силой против электромагнитных сил, равна нулю (если пренебречь трением).

2. Катушка, замкнутая на гальванометр. В этом случае, как и в первом, при внесении магнита в катушке возникает ЭДС индукции. Так как цепь замкнута, эта ЭДС создает индукционный ток $I_{инд} \neq 0$. Согласно правилу Ленца, возникший ток будет иметь такое направление, что созданное им магнитное поле будет препятствовать причине его возникновения, то есть движению магнита. Это проявляется как сила отталкивания, действующая на магнит со стороны катушки. Чтобы преодолеть эту силу и внести магнит в катушку (даже с постоянной скоростью), необходимо приложить внешнюю силу и совершить работу $A_2$. Эта работа будет положительной ($A_2 > 0$). По закону сохранения энергии, совершаемая механическая работа превращается в другую форму энергии — в теплоту, которая выделяется в цепи в соответствии с законом Джоуля-Ленца.

Сравнивая работы, совершаемые в обоих случаях, получаем, что $A_2 > A_1$.

Ответ: Работа, совершаемая при введении магнита в катушку, замкнутую на гальванометр, больше работы, совершаемой при введении магнита в разомкнутую катушку (в последнем случае она практически равна нулю).