ID: 00025958
Катушка № 1 включена в электрическую цепь, состоящую из источника постоянного напряжения и реостата. Катушка № 2 помещена внутрь катушки № 1, и её обмотка замкнута. Вид схемы электрической цепи с торца катушек представлен на рисунке.
Из приведённого ниже списка выберите все верные утверждения, характеризующие процессы, которые происходят в цепи и катушках при перемещении ползунка реостата влево . ЭДС самоиндукции пренебречь.
1) Сила тока в катушке № 1 уменьшается.
2) Модуль вектора индукции магнитного поля, созданного катушкой № 1, увеличивается.
3) Модуль магнитного потока, созданного катушкой № 1 и пронизывающего катушку № 2, увеличивается.
4) Вектор индукции магнитного поля, созданного катушкой № 2 в её центре, направлен от наблюдателя.
5) В катушке № 2 индукционный ток направлен по часовой стрелке.
Источник: ФИПИ
Мы смотрим на катушки с торца, поэтому катушка №1 выглядит как большой круг, а вложенная в неё замкнутая катушка №2 — как круг поменьше. Ток идёт только по катушке №1: она подключена к источнику через реостат. Двигая ползунок, мы меняем этот ток, а с ним — поле катушки №1 и поток через катушку №2. Меняющийся поток рождает в катушке №2 индукционный ток. Разбираем цепочку по шагам.
Шаг 1. Что делает ползунок (утверждение 1). На схеме к цепи подключены левый вывод реостата и ползунок; правый вывод реостата свободен. Значит, ток идёт по обмотке от левого края до ползунка — работает только этот кусок. Сдвигаем ползунок влево — кусок укорачивается, сопротивление реостата уменьшается. Источник постоянный, напряжение то же, поэтому по закону Ома \(I = \dfrac{U}{R}\) ток в катушке №1 растёт. Утверждение 1 («сила тока уменьшается») неверно.
Шаг 2. Поле катушки №1 (утверждение 2). Индукция поля катушки прямо пропорциональна току в ней: больше ток — сильнее поле. Ток вырос, значит модуль индукции поля катушки №1 увеличивается. Утверждение 2 верно.
Шаг 3. Поток через катушку №2 (утверждение 3). Поток равен произведению индукции на площадь витка, а поле направлено вдоль оси катушек, то есть перпендикулярно плоскости рисунка. Площадь катушки №2 не меняется, индукция растёт — значит, растёт и модуль потока через неё. Утверждение 3 верно.
Шаг 4. Куда направлено поле катушки №1. Проследим ток по проводам. Он выходит из «плюса» источника (он на схеме слева от батарейки), идёт к ползунку, проходит обмотку реостата до левого вывода, дальше по проводу налево, вверх и вправо — и заходит в катушку №1 через левый конец разрыва, который находится внизу круга. Дальше он обходит виток: вверх по левой стороне, через верх, вниз по правой стороне — и выходит через правый конец разрыва к «минусу». Такой обход для наблюдателя выглядит как движение по часовой стрелке.
Теперь правило правой руки: обхватываем виток правой рукой так, чтобы пальцы шли по току, — отогнутый большой палец покажет поле внутри витка. При токе по часовой стрелке поле в центре направлено от наблюдателя, за плоскость рисунка.
Шаг 5. Что делает катушка №2 (утверждения 4 и 5). Итак, поток через катушку №2 направлен от наблюдателя и увеличивается. Правило Ленца: индукционный ток мешает этому росту, то есть создаёт внутри катушки №2 поле в противоположную сторону — к наблюдателю. Значит, утверждение 4 («направлен от наблюдателя») неверно.
Осталось перевести это в направление тока: чтобы поле внутри витка смотрело на наблюдателя, ток по правилу правой руки должен идти против часовой стрелки. Утверждение 5 («по часовой стрелке») тоже неверно.
Верны утверждения 2 и 3, записываем цифры по возрастанию: 23.