Номер 2, страница 172 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 3. Электромагнитные явления. Параграф 38. Направление индукционного тока. Правило Ленца. Вопросы для самопроверки - номер 2, страница 172.

Условие.

2. Объясните опыт с двумя кольцами.

Решение.

Решение

Данный опыт, часто называемый «кольцо Томсона», является наглядной демонстрацией явления электромагнитной индукции и правила Ленца.

Суть опыта заключается в следующем: на вертикальный железный сердечник надевается катушка, подключенная к источнику переменного тока. На этот же сердечник сверху поочередно помещают два легких проводящих (например, алюминиевых) кольца: одно сплошное (замкнутое) и другое с разрезом (разомкнутое).

Сплошное (замкнутое) кольцо

Когда через катушку пропускают переменный ток, сплошное кольцо подпрыгивает и может левитировать над катушкой. Объяснение этого явления состоит в следующем:

1. Переменный ток в катушке создает переменное магнитное поле, которое пронизывает кольцо. Изменение магнитного потока $ \Phi $ через площадь кольца приводит к возникновению в нем электродвижущей силы (ЭДС) индукции, согласно закону Фарадея: $ \mathcal{E}_{i} = -\frac{d\Phi}{dt} $.

2. Так как кольцо является замкнутым проводящим контуром, под действием ЭДС в нем возникает индукционный ток.

3. Согласно правилу Ленца, индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток. Это приводит к тому, что магнитное поле, созданное индукционным током в кольце, всегда направлено противоположно магнитному полю катушки.

4. В результате взаимодействия двух этих магнитных полей возникает сила отталкивания (подобно отталкиванию одноименных полюсов двух магнитов). Если эта сила оказывается достаточной, чтобы преодолеть силу тяжести, кольцо поднимается в воздух.

Кольцо с разрезом (разомкнутое)

Если повторить опыт с кольцом, имеющим разрез, то никакого эффекта наблюдаться не будет. Кольцо останется неподвижным на сердечнике. Это объясняется тем, что:

1. Переменное магнитное поле катушки по-прежнему создает в кольце ЭДС индукции.

2. Однако из-за наличия разреза кольцо представляет собой разомкнутую электрическую цепь.

3. В разомкнутой цепи протекание значительного электрического тока невозможно. Следовательно, индукционный ток в кольце практически равен нулю.

4. Раз нет индукционного тока, то кольцо не создает и собственного магнитного поля, которое могло бы взаимодействовать с полем катушки. Поэтому сила отталкивания не возникает.

Таким образом, опыт наглядно показывает, что для возникновения силы электромагнитного отталкивания необходимо наличие индуцированного тока в замкнутом проводящем контуре.

Ответ: Опыт с двумя кольцами демонстрирует явление электромагнитной индукции. В сплошном (замкнутом) кольце переменное магнитное поле катушки индуцирует ток, который, согласно правилу Ленца, создает собственное магнитное поле, отталкивающееся от поля катушки. Это заставляет кольцо подпрыгивать. В кольце с разрезом (разомкнутом) индукционный ток возникнуть не может, поэтому магнитное взаимодействие отсутствует, и кольцо остается на месте.