Магнетизм — Задание 19 ОГЭ по физике №00048717

Что тут происходит: стрелку компаса качнули, и она колеблется около направления «север — юг», постепенно успокаиваясь. Нужно понять, как быстрота этого успокоения зависит от материала корпуса.

Шаг 1 — стрелка как движущийся магнит. Стрелка — постоянный магнит. Когда она колеблется, магнитное поле в стенках корпуса всё время меняется: то усиливается, то ослабевает, то поворачивается.

Шаг 2 — электромагнитная индукция. В проводнике, который находится в меняющемся магнитном поле, возникает индукционный ток. Сталь — металл и проводит ток, поэтому в стенках стального корпуса при каждом качании стрелки текут индукционные (вихревые) токи. Дерево — диэлектрик: свободных зарядов в нём почти нет, и индукционных токов в деревянном корпусе не возникает.

Шаг 3 — правило Ленца. Индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению, которое его вызвало. Здесь изменение вызвано движением стрелки — значит, поле токов в корпусе тормозит стрелку при каждом качании.

Шаг 4 — куда уходит энергия. Индукционные токи нагревают стенки корпуса (закон Джоуля — Ленца). Эта теплота берётся из энергии колебаний стрелки, поэтому колебания быстро гаснут. В деревянном корпусе энергия уходит только на трение в опоре и о воздух — колебания длятся дольше.

Вывод: в стальном корпусе колебания стрелки затухают быстрее.

Проверим себя: на практике корпус компаса из стали не делают — сталь ещё и ферромагнетик и искажает направление стрелки. Но спрашивают не о точности показаний, а о затухании, и его вызывают именно индукционные токи. Поэтому для гашения колебаний в хороших компасах используют медь или алюминий — металлы, которые проводят ток, но не намагничиваются.