Номер 1102, страница 250 - гдз по физике 10 класс сборник задач Дорофейчик, Белая

1102. Кольцо I включено в электрическую цепь (рис. 260).

Определите направление индукционного тока, возникающего в кольце II, если:

а) замкнуть ключ $K$;

б) перемещать ползунок реостата влево.

Рис. 260

Решение

Возникновение индукционного тока в кольце II объясняется явлением электромагнитной индукции. Изменение тока в кольце I приводит к изменению создаваемого им магнитного поля, что, в свою очередь, вызывает изменение магнитного потока через контур кольца II. Согласно правилу Ленца, возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он был вызван.

Сначала определим направление магнитного поля, создаваемого током в кольце I. Ток в цепи течет от положительного полюса источника (длинная черта) к отрицательному (короткая черта). В передней, видимой нам части витка I, ток направлен справа налево. Согласно правилу правой руки, если мысленно обхватить сердечник правой рукой так, чтобы четыре пальца были направлены по току в витке, то отставленный большой палец укажет направление вектора магнитной индукции $ \vec{B_1} $ внутри катушки. В данном случае вектор $ \vec{B_1} $ будет направлен вниз.

а) замкнуть ключ K

При замыкании ключа K ток $I_1$ в цепи кольца I возрастает от нуля до некоторого установившегося значения. Это приводит к увеличению магнитного поля $ \vec{B_1} $, направленного вниз. Следовательно, магнитный поток $ \Phi_1 $, пронизывающий кольцо II, также увеличивается, и его изменение направлено вниз.

Согласно правилу Ленца, индукционный ток $I_2$ в кольце II создаст собственное магнитное поле $ \vec{B_2} $, которое будет препятствовать этому увеличению. Значит, вектор $ \vec{B_2} $ должен быть направлен в противоположную сторону, то есть вверх.

Используя правило правой руки для кольца II, определим направление индукционного тока $I_2$, создающего магнитное поле $ \vec{B_2} $, направленное вверх. Для этого большой палец правой руки нужно направить вверх (по направлению $ \vec{B_2} $), тогда согнутые пальцы укажут направление тока $I_2$. Ток будет течь против часовой стрелки, если смотреть на кольцо сверху. В передней, видимой нам части кольца II, ток будет направлен слева направо.

Ответ: Индукционный ток в кольце II будет направлен против часовой стрелки (если смотреть сверху).

б) перемещать ползунок реостата влево

При перемещении ползунка реостата влево его сопротивление $R$ в цепи уменьшается. Согласно закону Ома для полной цепи $ I_1 = \frac{\mathcal{E}}{R_{общ}} $, сила тока $I_1$ в кольце I будет возрастать. Направление тока при этом не изменяется.

Возрастание тока $I_1$ приводит к увеличению созданного им магнитного поля $ \vec{B_1} $, направленного вниз. Следовательно, магнитный поток $ \Phi_1 $ через кольцо II, направленный вниз, также увеличивается.

Как и в предыдущем случае, по правилу Ленца, индуцированное магнитное поле $ \vec{B_2} $ должно быть направлено вверх, чтобы противодействовать увеличению потока, направленного вниз. Такое поле создается током, текущим в кольце II против часовой стрелки (если смотреть сверху).

Ответ: Индукционный ток в кольце II будет направлен против часовой стрелки (если смотреть сверху).