Э/М Индукция — Задание 25 ЕГЭ по физике №00018652
Э/М Индукция
№2. Задание 25
ID: 00018652

Источник: ФИПИ
Решение
Дано:
$\nu=100$ Гц; $\;N=50$; $\;S=20\ \text{мм}^2=20\cdot 10^{-6}\ \text{м}^2=2\cdot 10^{-5}\ \text{м}^2$; $\;U=0{,}5$ В; цепь: идеальный диод + конденсатор $C$ + вольтметр $V$ с большим сопротивлением.
Найти:
Как ориентировать ось $OO'$ относительно $\vec B$ и чему равно $B$.
Решение:
Представь турникет-вертушку на входе в метро: чем сильнее поток людей сквозь неё и чем чаще она крутится, тем больше «толчков» она выдаёт. Здесь роль потока играет магнитный поток сквозь катушку, а «толчки» — это ЭДС индукции. Чтобы поток через катушку менялся как можно сильнее (от плюса до минуса), плоскость витка должна то ловить всё поле, то поворачиваться к нему ребром. А это бывает только тогда, когда ось вращения $OO'$ перпендикулярна вектору $\vec B$ — тогда при повороте виток успевает встать и «лицом», и «ребром» к полю. (Если бы ось была вдоль $\vec B$, поток не менялся бы вообще, и прибор ничего бы не показал.)
Магнитный поток через катушку из $N$ витков: $\Phi=N B S\cos(2\pi\nu t)$. По закону Фарадея ЭДС индукции — это скорость изменения потока:
$$\varepsilon=-\frac{d\Phi}{dt}=N B S\,(2\pi\nu)\sin(2\pi\nu t).$$
Значит, ЭДС меняется по синусоиде, и её амплитуда (наибольшее значение):
$$\varepsilon_0=2\pi\nu N B S.$$
Теперь зачем диод и конденсатор. Диод — как ниппель на велосипедной камере: пропускает заряд только в одну сторону. Каждый «положительный горб» ЭДС подкачивает конденсатор, а обратно стечь заряд не даёт диод; вольтметр почти ничего не потребляет (сопротивление большое). Поэтому конденсатор заряжается до самого высокого напряжения — до амплитуды ЭДС, и вольтметр показывает именно её:
$$U=\varepsilon_0=2\pi\nu N B S.$$
Выражаем индукцию:
$$B=\frac{U}{2\pi\nu N S}.$$
Подставляем числа (площадь — в м²):
$$B=\frac{0{,}5}{2\pi\cdot 100\cdot 50\cdot 2\cdot 10^{-5}}=\frac{0{,}5}{0{,}628}\approx 0{,}8\ \text{Тл}.$$
Итак, ось крутим поперёк поля, и тогда по показанию вольтметра получаем $B\approx 0{,}8$ Тл.
Ответ
Ось вращения $OO'$ должна быть перпендикулярна вектору $\vec B$ (лежать в плоскости, перпендикулярной полю).
$B = \dfrac{U}{2\pi\nu N S} \approx 0{,}8$ Тл
Другие задания по теме «Э/М Индукция» (8)
- Задание 25 №00043198 — Квадратная рамка из медного провода с площадью поперечного сечения S индекс 0…
- Задание 25 №00043197 — По горизонтальным шероховатым рельсам с пренебрежимо малым электрическим…
- Задание 25 №00026627 — Квадратная рамка со стороной L равно 10 см подключена к источнику постоянного…
- Задание 25 №00026618 — Горизонтальный проводник длиной l равно 10 см и массой m равно 25 г равномерно…
- Задание 25 №00026617 — По горизонтально расположенным шероховатым рельсам с пренебрежимо малым…
- Задание 25 №00026613 — Прямоугольная проводящая рамка, по которой течёт постоянный ток I = 0,5 А,…
- Задание 25 №00026604 — Металлический стержень, согнутый в виде буквы П, закреплён в горизонтальном…
- Задание 25 №00026603 — Кольцо диаметром D равно 11 см из тонкой медной проволоки и конденсатор с…