Э/м Индукция

Задание №21. Качественная Задача

№2. Задание 21

ID: 00017083

Многовитковая катушка медного провода подключена к источнику тока через реостат. Вблизи торца катушки на шёлковых нитях подвешено замкнутое медное кольцо с малым сопротивлением. Ось кольца совпадает с осью катушки (см. рис.).

Опишите, как начнёт двигаться кольцо (притянется, оттолкнётся или останется неподвижным относительно катушки), если движок реостата резко сдвинуть вверх в крайнее положение. 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

Кольцо само к источнику не подключено, поэтому двигать его может только индукционный ток, который в нём наведётся. А наведётся он, лишь если изменится магнитный поток сквозь кольцо. Значит, надо проследить цепочку: движок реостата → ток в катушке → поток через кольцо → индукционный ток в кольце → сила между кольцом и катушкой.

Шаг 1. Ток в катушке резко растёт

Движок реостата резко уходит вверх в крайнее положение — сопротивление реостата падает (по сути до нуля). По закону Ома для полной цепи $I = \dfrac{\varepsilon}{R+r}$ ток в катушке резко возрастает.

Шаг 2. Поток через кольцо растёт → индукционный ток

Растущий ток усиливает магнитное поле катушки, и поток сквозь кольцо увеличивается. По закону электромагнитной индукции в кольце наводится ЭДС и течёт индукционный ток.

Шаг 3. Правило Ленца → отталкивание

По правилу Ленца индукционный ток в кольце противодействует росту потока: поле кольца направлено навстречу полю катушки. Два «магнита», обращённые друг к другу одноимёнными полюсами, отталкиваются. Поэтому кольцо оттолкнётся от катушки — сдвинется туда, где поле катушки слабее.

Ответ

Сопротивление реостата падает до нуля, ток в катушке резко возрастает, поток через кольцо растёт, и по правилу Ленца возникший в кольце ток отталкивает его от катушки.

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