Номер 2, страница 166 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 3. Электромагнитные явления. Параграф 36. Явление электромагнитной индукции - номер 2, страница 166.

Условие.

2. Опишите опыты, подтверждающие гипотезу Фарадея.

Решение.

Гипотеза Майкла Фарадея, выдвинутая им в 1831 году, заключалась в том, что переменное магнитное поле может создавать (индуцировать) электрический ток в замкнутом проводящем контуре. Это явление получило название электромагнитной индукции. Для экспериментального подтверждения своей гипотезы Фарадей провёл ряд основополагающих опытов.

Опыт 1. Движение магнита относительно катушки

Этот классический опыт демонстрирует возникновение тока при изменении магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом. Для опыта необходимы катушка, подключенная к чувствительному гальванометру (для фиксации тока), и полосовой магнит.

Ход опыта и наблюдения:
1. Когда магнит вносят в катушку (например, северным полюсом), стрелка гальванометра отклоняется, что свидетельствует о появлении в катушке индукционного тока.
2. Если магнит оставить неподвижным внутри катушки, ток исчезает, и стрелка гальванометра возвращается в нулевое положение.
3. При вынимании магнита из катушки стрелка гальванометра вновь отклоняется, но в противоположную сторону. Это означает, что ток возник снова, но течет в обратном направлении.
4. Если те же действия повторить с южным полюсом магнита, направления индукционного тока будут противоположны тем, что наблюдались при использовании северного полюса.
5. Аналогичные явления наблюдаются, если двигать катушку относительно неподвижного магнита. Важно лишь их относительное перемещение.
6. Чем быстрее происходит относительное движение, тем больше величина индукционного тока (стрелка гальванометра отклоняется на больший угол).

Ответ: Опыт показывает, что электрический ток в замкнутом контуре возникает только тогда, когда изменяется магнитный поток, пронизывающий этот контур. Направление индукционного тока зависит от того, увеличивается или уменьшается магнитный поток, а его величина пропорциональна скорости изменения этого потока.

Опыт 2. Взаимодействие двух катушек с током

Этот опыт показывает, что переменное магнитное поле, создаваемое электрическим током, также способно индуцировать ток в другом контуре. Для опыта используются две катушки: первичная, подключенная к источнику тока через ключ, и вторичная, замкнутая на гальванометр.

Ход опыта и наблюдения:
1. В момент замыкания ключа в цепи первичной катушки в ней возникает нарастающий ток, который создает вокруг себя изменяющееся магнитное поле. В этот момент гальванометр во вторичной цепи фиксирует кратковременный всплеск тока.
2. После того как ток в первичной катушке установился (стал постоянным), его магнитное поле также становится постоянным. Ток во вторичной катушке при этом пропадает.
3. В момент размыкания ключа ток в первичной катушке исчезает, ее магнитное поле спадает до нуля. Это изменение поля снова индуцирует кратковременный ток во вторичной катушке, но уже в противоположном направлении.
4. Если при замкнутой цепи плавно изменять силу тока в первичной катушке (например, с помощью реостата), то во вторичной катушке будет протекать непрерывный индукционный ток, существующий все время, пока меняется ток в первичной обмотке.

Ответ: Данный опыт доказывает, что причиной возникновения индукционного тока является именно изменение магнитного поля (и, следовательно, магнитного потока). Постоянный ток и создаваемое им постоянное магнитное поле не вызывают индукции. Ток индуцируется только в моменты изменения тока в первичной цепи.

Эти опыты полностью подтвердили гипотезу Фарадея и легли в основу закона электромагнитной индукции. Закон гласит, что ЭДС индукции $ \mathcal{E}_{i} $ в замкнутом контуре равна по модулю и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока $ \Phi $ через поверхность, ограниченную этим контуром:
$ \mathcal{E}_{i} = - \frac{\Delta \Phi}{\Delta t} $