ГДЗ по физике, 10 класс, Мякишев, номер 114.2

План решения:

Для определения направления тока в катушке при её резком торможении необходимо применить закон электромагнитной индукции и правило Ленца. Поскольку катушка является частью замкнутой цепи (или имеет свободные носители заряда), изменение магнитного потока через неё или механическое воздействие на носители заряда вызывает возникновение ЭДС самоиндукции или динамического эффекта. Однако в контексте данной задачи речь идёт о механическом движении проводника с током или движущихся зарядов. При резком затормаживании катушки, которая вращалась по часовой стрелке, происходит изменение кинетической энергии системы. Если рассматривать катушку как источник тока (например, если она была предварительно намагничена или являлась частью генератора), то ключевым фактором является сохранение импульса носителей заряда.

Более точный физический подход для задач такого типа (часто встречающихся в разделе «Электрическая проводимость металлов») предполагает рассмотрение движения свободных электронов. Когда катушка вращается, свободные электроны в металле участвуют в этом движении. При резком торможении корпуса катушки электроны по инерции продолжают двигаться в том же направлении, что и раньше. Это упорядоченное движение электронов относительно неподвижной решётки металла и создаёт электрический ток.

Вычисление и анализ процесса:

1. Исходное состояние: Катушка вращается по часовой стрелке. Свободные электроны в витках катушки также движутся по часовой стрелке вместе с материалом проводника.

2. Момент торможения: Механическая часть катушки резко останавливается. Однако электроны обладают массой и инерцией. Согласно первому закону Ньютона, они стремятся сохранить свою скорость и направление движения.

3. Направление движения электронов: Электроны продолжают двигаться по часовой стрелке относительно остановившейся катушки.

4. Определение направления тока: В физике за направление электрического тока принято считать направление движения положительных зарядов. Направление движения отрицательных зарядов (электронов) противоположно направлению тока.

Таким образом, если электроны движутся по часовой стрелке, то условный ток течёт против часовой стрелки.

Проверка и итоговый ответ:

Давайте проверим логику. Ток — это поток положительного заряда. Электроны несут отрицательный заряд. Движение электрона влево эквивалентно движению положительного заряда вправо. Здесь электроны движутся по часовой стрелке. Значит, вектор скорости электронов v_e направлен по часовой стрелке. Вектор плотности тока j связан со скоростью электронов соотношением j=-nev_e, где n — концентрация электронов, e — элементарный заряд. Знак минус указывает на то, что направление тока противоположно направлению движения электронов.

Следовательно, направление электрического тока в момент торможения будет против часовой стрелки .