ГДЗ по физике, 8 класс, Перышкин, номер 60.3: Направление индукционного тока. Правило Ленца

План решения:

Для объяснения явлений необходимо применить правило Ленца. Согласно этому правилу, индукционный ток в замкнутом контуре всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует причине, вызвавшей этот ток. В данном случае причиной является изменение магнитного потока через сплошное металлическое кольцо при движении относительно него постоянного магнита.

Вычисление и логический вывод:

1. При приближении магнита к кольцу (см. рис. 170).
   • Когда мы подносим магнит к кольцу, количество силовых линий магнитного поля, пронизывающих площадь кольца, увеличивается. Это означает рост магнитного потока Φ.
   • Согласно закону электромагнитной индукции, это изменение порождает в кольце индукционный ток I_и.
   • По правилу Ленца, магнитное поле этого тока должно противодействовать росту внешнего потока. Следовательно, сторона кольца, обращенная к магниту, приобретает тот же полюс, что и приближаемый конец магнита (например, если приближаем северный полюс N, то на стороне кольца возникает тоже N).
   • Одноименные полюса отталкиваются. Поэтому между магнитом и кольцом возникает сила отталкивания. Мы чувствуем сопротивление при попытке сблизить их.
2. При удалении магнита от кольца (см. рис. 172).
   • Когда мы удаляем магнит, количество силовых линий, пронизывающих кольцо, уменьшается. Магнитный поток Φ падает.
   • В кольце снова возникает индукционный ток, но его направление меняется на противоположное по сравнению с первым случаем.
   • Магнитное поле индуцированного тока теперь стремится восполнить убыль внешнего потока. Для этого сторона кольца, обращенная к удаляющемуся магниту, приобретает разноименный полюс (если удаляем N, то на стороне кольца возникает S).
   • Разноименные полюса притягиваются. Поэтому между магнитом и кольцом возникает сила притяжения. Мы чувствуем сопротивление при попытке раздвинуть их.

Проверка:

Результат согласуется с законом сохранения энергии. Если бы при приближении магнит притягивался к кольцу, он бы сам ускорялся, увеличивая скорость изменения потока, что привело бы к еще большему току и силе — возникла бы вечная энергия. Силы сопротивления (отталкивание при сближении и притяжение при удалении) требуют совершения внешней работы для движения магнита, которая переходит в тепловую энергию кольца (Q=I^2Rt). Таким образом, механическая энергия превращается в электрическую и затем в тепловую, что подтверждает правильность вывода.