Номер 2, страница 204 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

2. Как объяснить результаты опытов со сплошным алюминиевым кольцом и движущимся постоянным магнитом?

1. Как формулируется правило Ленца?

Правило Ленца определяет направление индукционного тока, возникающего в замкнутом проводящем контуре при изменении пронизывающего его магнитного потока. Оно гласит:

Индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует изменению магнитного потока, которое вызвало этот ток.

Это означает, что если внешний магнитный поток через контур возрастает, то индукционный ток создает магнитное поле, направленное против внешнего поля. Если же внешний магнитный поток убывает, то индукционный ток создает поле, сонаправленное с внешним полем, стремясь воспрепятствовать его уменьшению.

Математически правило Ленца выражается знаком «минус» в законе электромагнитной индукции Фарадея:

$\mathcal{E} = - \frac{d\Phi_B}{dt}$

где $\mathcal{E}$ — электродвижущая сила (ЭДС) индукции, а $\frac{d\Phi_B}{dt}$ — скорость изменения магнитного потока $\Phi_B$.

Ответ: Индукционный ток, возникающий в замкнутом проводящем контуре, своим магнитным полем противодействует тому изменению магнитного потока, которым он вызван.

2. Как объяснить результаты опытов со сплошным алюминиевым кольцом и движущимся постоянным магнитом?

Результаты опытов со сплошным алюминиевым кольцом и движущимся магнитом объясняются явлением электромагнитной индукции и правилом Ленца. Алюминий — это проводник, но не ферромагнетик, поэтому наблюдаемое взаимодействие обусловлено не собственными магнитными свойствами кольца, а индукционными токами, возникающими в нем при изменении магнитного потока.

Рассмотрим два основных сценария:

1. Приближение магнита к кольцу. Когда постоянный магнит (например, северным полюсом) приближается к сплошному алюминиевому кольцу, магнитный поток, пронизывающий кольцо, увеличивается. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, это изменение потока индуцирует в кольце электрический ток. По правилу Ленца, направление этого тока таково, что его собственное магнитное поле противодействует причине, его вызвавшей, то есть увеличению потока. Для этого на стороне кольца, обращенной к магниту, создается одноименный магнитный полюс (в данном примере — северный). Поскольку одноименные полюса отталкиваются, кольцо будет отталкиваться от приближающегося магнита.

2. Удаление магнита от кольца. Когда магнит удаляется от кольца, магнитный поток через него уменьшается. В кольце вновь возникает индукционный ток. Согласно правилу Ленца, его магнитное поле теперь будет стремиться скомпенсировать уменьшение потока, то есть будет направлено в ту же сторону, что и поле магнита. На стороне кольца, обращенной к магниту, возникнет разноименный полюс (в данном примере — южный, так как от кольца удаляется северный полюс магнита). Разноименные полюса притягиваются, поэтому кольцо будет притягиваться к удаляющемуся магниту и следовать за ним.

Таким образом, в обоих случаях индукционный ток в кольце создает магнитное поле, которое противодействует относительному движению магнита и кольца. Важно, что кольцо сплошное, так как это обеспечивает замкнутый контур для протекания значительного индукционного тока. В кольце с разрезом ток практически не возникнет, и взаимодействие с магнитом будет отсутствовать.

Ответ: При приближении магнита к кольцу в нем возникает индукционный ток, создающий магнитное поле, которое отталкивает магнит. При удалении магнита индукционный ток меняет направление, и его магнитное поле притягивает магнит. В обоих случаях взаимодействие, согласно правилу Ленца, препятствует относительному движению магнита и кольца.