Номер 4, страница 190 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

4. Как определить направление индукционного тока в кольце?

4. Как определить направление индукционного тока в кольце?

Решение

Направление индукционного тока в кольце определяется с помощью правила Ленца и правила правой руки. Для этого необходимо выполнить следующую последовательность действий.

Шаг 1: Определить направление вектора магнитной индукции $\vec{B}$ внешнего магнитного поля, которое пронизывает плоскость кольца.

Шаг 2: Установить, как изменяется магнитный поток $\Phi$ через кольцо. Магнитный поток может либо увеличиваться ($\Delta\Phi > 0$), либо уменьшаться ($\Delta\Phi < 0$). Это происходит при изменении величины поля $\vec{B}$, площади кольца, пронизываемой полем, или ориентации кольца относительно линий поля.

Шаг 3: Применить правило Ленца. Согласно этому правилу, индукционный ток $I_{ind}$ создаст собственное магнитное поле $\vec{B}_{ind}$, которое будет препятствовать изменению внешнего магнитного потока. Если внешний поток увеличивается, то поле $\vec{B}_{ind}$ будет направлено противоположно внешнему полю $\vec{B}$. Если же внешний поток уменьшается, то поле $\vec{B}_{ind}$ будет направлено в ту же сторону, что и внешнее поле $\vec{B}$.

Шаг 4: Определить направление тока $I_{ind}$ по направлению его магнитного поля $\vec{B}_{ind}$ с помощью правила правой руки (для контура с током). Для этого нужно направить большой палец правой руки по направлению вектора $\vec{B}_{ind}$, и тогда четыре согнутых пальца укажут направление индукционного тока в кольце.

Ответ: направление индукционного тока в кольце определяется по правилу Ленца: сначала определяется направление вектора индукции внешнего магнитного поля и характер изменения создаваемого им магнитного потока (увеличивается или уменьшается); затем находится направление вектора индукции магнитного поля, создаваемого индукционным током (оно противодействует изменению потока); и, наконец, по правилу правой руки определяется направление самого индукционного тока.

5. Сформулируйте правило Ленца.

Решение

Правило Ленца — это фундаментальный закон электродинамики, который определяет направление индукционного тока, возникающего в замкнутом проводящем контуре при изменении пронизывающего его магнитного потока.

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

Это правило является следствием закона сохранения энергии. Работа, совершаемая против сил, создаваемых индукционным током, превращается в тепловую энергию, выделяемую в контуре. Математически правило Ленца выражается знаком «минус» в законе электромагнитной индукции Фарадея:

$\mathcal{E}_{ind} = - \frac{d\Phi}{dt}$

Здесь $\mathcal{E}_{ind}$ — это электродвижущая сила (ЭДС) индукции, а $\frac{d\Phi}{dt}$ — скорость изменения магнитного потока. Знак «минус» как раз и показывает, что возникающая ЭДС индукции (и создаваемый ею ток) направлена так, чтобы противодействовать причине, её вызывающей.

Ответ: индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.