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.
Источник: Сборник Гиголо
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.
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.).
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.
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: равнодействующая сила направлена вправо, от прямого провода с током (рамка отталкивается от провода).
Однородное поле даёт нулевую равнодействующую, а в неоднородном поле прямого провода на рамку с индукционным током действует результирующая сила Ампера, направленная от провода (вправо).