Номер 684, страница 104 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитное поле. Магнитный поток. Явление электромагнитной индукции. Правило Ленца. Самоиндукция - номер 684, страница 104.

Условие.

684. В 1822 г. физик Араго заметил, что колеблющаяся около положения равновесия магнитная стрелка быстро останавливается, если она находится в футляре из меди, тогда как без медного футляра её качание долго не прекращается. Объясните явление:

Решение.

Наблюдаемое явление объясняется электромагнитной индукцией и возникновением вихревых токов, известных как токи Фуко.

1. Магнитная стрелка при колебаниях создает вокруг себя переменное магнитное поле.

2. Когда стрелка находится внутри медного футляра, это переменное магнитное поле пронизывает его стенки. Медь является хорошим проводником. Согласно закону электромагнитной индукции, изменение магнитного потока через проводник индуцирует в нем электродвижущую силу и, как следствие, электрический ток. В сплошном проводнике (стенках футляра) эти токи имеют вихревой характер и называются токами Фуко.

3. По правилу Ленца, индукционные токи всегда текут в таком направлении, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, которое их вызвало. Это означает, что магнитное поле, создаваемое токами Фуко, будет оказывать тормозящее действие на движущуюся стрелку. Взаимодействие двух магнитных полей — поля стрелки и поля вихревых токов — порождает силу, направленную против движения полюсов стрелки.

4. В результате этого взаимодействия происходит так называемое электромагнитное демпфирование (торможение). Кинетическая энергия колеблющейся стрелки быстро преобразуется во внутреннюю энергию медного футляра — он нагревается за счет тепла, выделяемого токами Фуко при прохождении через материал с определенным сопротивлением.

Без медного футляра единственными силами, замедляющими стрелку, являются гораздо более слабые силы трения в опоре и сопротивление воздуха, поэтому ее колебания затухают очень медленно.

Ответ: Быстрая остановка магнитной стрелки в медном футляре вызвана электромагнитным торможением. Колебания стрелки создают в проводящем футляре вихревые индукционные токи (токи Фуко), магнитное поле которых, согласно правилу Ленца, противодействует движению стрелки, вызывая быстрое затухание ее колебаний.