Номер 1, страница 190 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. Как вы думаете, почему прибор, изображённый на рисунке 142, изготовлен из алюминия? Как проходил бы опыт, если бы прибор был железным; медным?

Хотя сам рисунок 142 не представлен, вопрос о сравнении алюминия, железа и меди в контексте некоего «прибора» для физического опыта позволяет с высокой вероятностью предположить, что речь идет об эксперименте по демонстрации электромагнитной индукции, а именно вихревых токов (токов Фуко) и правила Ленца.

В типичном таком опыте используется маятник с металлической пластиной, которая колеблется между полюсами сильного магнита, или же магнит, падающий сквозь металлическую трубку.

Почему прибор изготовлен из алюминия?

Прибор изготовлен из алюминия по двум основным причинам, связанным с его физическими свойствами:

1. Алюминий является хорошим проводником электрического тока. Когда алюминиевый проводник движется в магнитном поле, в нём возникают индукционные (вихревые) токи. Согласно правилу Ленца, магнитное поле этих токов противодействует причине их возникновения (то есть движению). В результате возникает электромагнитная тормозящая сила, которая наглядно демонстрирует явление электромагнитной индукции.

2. Алюминий является парамагнетиком. Это означает, что он не обладает собственными магнитными свойствами и очень слабо притягивается к магниту. Эта слабая сила притяжения пренебрежимо мала по сравнению с силой электромагнитного торможения. Таким образом, использование алюминия позволяет наблюдать эффект вихревых токов в «чистом» виде, без искажающего влияния сильного магнитного притяжения, которое было бы в случае с ферромагнетиками.

Кроме того, алюминий имеет малую плотность, что делает прибор лёгким и удобным для демонстраций.

Ответ: Прибор изготовлен из алюминия, потому что он является хорошим проводником для создания заметных вихревых токов, но при этом не является ферромагнетиком, что позволяет наблюдать эффект электромагнитного торможения без сильного притяжения к магниту.

Как проходил бы опыт, если бы прибор был железным?

Железо — это ферромагнетик. Ферромагнетики обладают способностью сильно намагничиваться и, как следствие, очень сильно притягиваются к постоянным магнитам.

Если бы прибор был изготовлен из железа, то при его приближении к магниту возникла бы очень сильная сила притяжения. Эта сила была бы на порядки больше, чем сила электромагнитного торможения от вихревых токов. В результате:

• Если это маятник, то железная пластина просто прилипла бы к полюсу магнита, и колебания бы прекратились. Демонстрация правила Ленца не удалась бы.

• Если это трубка, а сквозь нее падает магнит, то он прилип бы к стенке трубки и не смог бы свободно падать.

Таким образом, основной эффект, который должен демонстрировать опыт (электромагнитное торможение), был бы полностью замаскирован сильным магнитным притяжением.

Ответ: Если бы прибор был железным, он бы сильно притянулся к магниту, что сделало бы невозможным проведение опыта по наблюдению за электромагнитным торможением.

Как проходил бы опыт, если бы прибор был медным?

Медь, как и алюминий, не является ферромагнетиком (медь — диамагнетик, она очень слабо отталкивается от магнита, чем можно пренебречь). Однако медь является лучшим проводником электричества, чем алюминий. Удельное электрическое сопротивление меди ($ \rho_{м} \approx 1,7 \cdot 10^{-8} $ Ом·м) ниже, чем у алюминия ($ \rho_{а} \approx 2,8 \cdot 10^{-8} $ Ом·м).

Из-за более высокой электропроводности при тех же условиях (скорость движения, индукция магнитного поля) в медном приборе возникали бы вихревые токи большей силы, чем в алюминиевом. Большая сила тока создаст более сильное противодействующее магнитное поле. Следовательно, тормозящая сила, действующая на медный прибор, была бы значительно больше.

Опыт проходил бы аналогично опыту с алюминиевым прибором, но эффект торможения был бы выражен гораздо сильнее: маятник затухал бы быстрее, а магнит сквозь медную трубку падал бы ещё медленнее.

Ответ: Если бы прибор был медным, опыт проходил бы так же, как и с алюминиевым, но эффект электромагнитного торможения был бы заметно сильнее из-за более высокой электропроводности меди.