Э/м Индукция

Задание №21. Качественная Задача

№2. Задание 21

ID: 00017077

Намагниченный стальной стержень начинает свободное падение с нулевой начальной скоростью из положения, изображённого на рисунке 1. Пролетая сквозь закреплённое проволочное кольцо, стержень создаёт в нём электрический ток, сила которого изменяется со временем так, как показано на рисунке 2 (см. рис.).

Почему в моменты времени $$t_1$$ и $$t_2$$ ток в кольце имеет различные направления? Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения. Влиянием тока в кольце на движение магнита пренебречь.

Рисунок к заданию 21 ЕГЭ по физике — Э/м Индукция

Источник: Сборник Гиголо

Решение

Идея

Ток в кольце — индукционный. Он появляется не сам по себе, а потому что сквозь кольцо меняется магнитный поток от летящего магнита. А раз так, главный вопрос — в какую сторону этот поток меняется в каждый из моментов. Работают два закона: закон электромагнитной индукции Фарадея (он говорит, что ЭДС берётся от изменения потока) и правило Ленца (оно говорит, куда направлен ток).

Что происходит в момент t₁

В момент $$t_1$$ магнит ещё только подлетает к кольцу сверху. Он приближается, значит число линий магнитного поля, пронизывающих кольцо, растёт — магнитный поток увеличивается. По закону Фарадея возникает ЭДС индукции $\varepsilon_{инд} = -\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}$ , и в кольце течёт ток. По правилу Ленца он направлен так, чтобы своим полем мешать росту потока — то есть отталкивать приближающийся магнит.

Что происходит в момент t₂

В момент $$t_2$$ магнит уже проскочил кольцо и удаляется от него вниз. Теперь линий поля сквозь кольцо становится всё меньше — поток уменьшается. Правило Ленца снова требует мешать изменению, но изменение теперь обратное (поток падает, а не растёт), поэтому ток в кольце потечёт в противоположную сторону — он будет как бы удерживать, притягивать улетающий магнит.

Вывод

Направление индукционного тока определяется не самим потоком, а тем, растёт он или убывает. В момент $$t_1$$ поток растёт, в момент $$t_2$$ убывает — два противоположных изменения дают и два противоположных тока.

Ответ: в момент $$t_1$$ магнитный поток через кольцо увеличивается (магнит приближается), а в момент $$t_2$$ уменьшается (магнит удаляется); по правилу Ленца этим двум противоположным изменениям потока соответствуют противоположные направления индукционного тока.

Ответ

В момент t₁ магнит приближается к кольцу (поток растёт), а в момент t₂ удаляется (поток убывает). Поэтому по правилу Ленца индукционный ток в кольце имеет противоположные направления.

Видеоразбор

Другие задания по теме «Э/м Индукция» (8)