ID: 00017082
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 увеличивается. Ответ поясните, указав, какие физические явления и закономерности вы использовали для объяснения.
Источник: Сборник Гиголо
Задача — близнец предыдущей, только теперь однородное поле B увеличивается. На рамку по-прежнему действуют два поля: однородное внешнее и неоднородное поле прямого провода. По принципу суперпозиции разбираем их по отдельности. Начинаем с тока в рамке.
Раз B теперь растёт, поток сквозь рамку увеличивается. По закону электромагнитной индукции и правилу Ленца индукционный ток I_i направлен так, чтобы мешать росту потока — то есть в сторону, противоположную той, что была при убывании поля.
Как и раньше, в однородном поле силы Ампера на противоположных сторонах квадратной рамки равны и направлены навстречу. Их сумма равна нулю — равнодействующая со стороны однородного поля отсутствует, как бы ни был направлен ток.
Здесь важный момент: одновременно поменялись две вещи. Ток в рамке стал противоположным (шаг 1), но сила Ампера зависит от произведения тока на поле, и взаимное расположение тока и поля провода устроено так, что результирующая в неоднородном поле провода всё равно отталкивает рамку от провода. Из-за неоднородности ближняя сторона притягивается/отталкивается сильнее дальней, и итог тот же — рамку выталкивает вправо, от проводника.
Ответ: равнодействующая сила направлена вправо, от прямого провода с током (рамка отталкивается от провода).
Однородное поле даёт нулевую равнодействующую; при росте B индукционный ток в рамке меняет знак, но и в неоднородном поле провода результирующая сила Ампера снова направлена от провода (вправо).