Э/м Индукция

Задание №21. Качественная Задача

№2. Задание 21

ID: 00017081

Прямолинейный проводник с током и проводящая жёсткая квадратная рамка лежат в плоскости, перпендикулярной линиям индукции однородного магнитного поля (см. рис.).

Опираясь на законы физики, укажите направление силы, действующей на рамку, когда величина магнитной индукции $$B$$ уменьшается. Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.

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

Источник: Сборник Гиголо

Решение

Идея

На рамку действуют сразу два магнитных поля: однородное внешнее поле $$B$$ (которое меняется) и неоднородное поле прямого провода с током. По принципу суперпозиции их действие можно разобрать по отдельности и сложить. Но сначала надо понять, какой ток вообще течёт в рамке, ведь сама рамка к источнику не подключена.

Шаг 1. Откуда в рамке ток

Однородное поле $$B$$ уменьшается, значит магнитный поток сквозь рамку убывает. По закону электромагнитной индукции и правилу Ленца в рамке возникает индукционный ток $$I_i$$ такого направления, чтобы поддержать убывающий поток (см. рис.).

Шаг 2. Однородное поле силу не создаёт

В однородном поле на каждую сторону рамки действует сила Ампера $$F_A = I_i B L$$ . Но рамка квадратная, поэтому силы на двух противоположных сторонах равны по модулю и направлены в разные стороны. Они взаимно компенсируются, и равнодействующая со стороны однородного поля равна нулю.

Шаг 3. Поле провода — главное

А вот поле прямого провода неоднородно: вблизи провода оно сильнее, чем вдали. На ближнюю к проводу сторону рамки сила Ампера действует сильнее, чем на дальнюю. Эти две силы направлены противоположно, но не равны, и их сумма не равна нулю. С учётом направления индукционного тока результирующая получается направленной от провода — рамку отталкивает в сторону, противоположную проводнику.

Ответ

Однородное поле даёт нулевую равнодействующую, а в неоднородном поле прямого провода на рамку с индукционным током действует результирующая сила Ампера, направленная от провода (вправо).

Видеоразбор

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