Магнит вдвигают в кольцо А, а затем − в кольцо В (рис. 312). Что покажет опыт и почему?
рис. 312
Возьмём полосовой магнит и внесём его в кольцо с разрезом (В) − кольцо останется на месте. Если же вносить магнит в сплошное кольцо (А), то оно будет отталкиваться, уходить от магнита, поворачивая при этом всю пластинку. Это объясняется тем, что при приближении к кольцу любого полюса магнита, поле которого является неоднородным, проходящий сквозь кольцо магнитный поток увеличивается. При этом в сплошном кольце возникает индукционный ток. Ток в сплошном кольце создаёт в пространстве магнитное поле, благодаря чему кольцо приобретает свойства магнита. Взаимодействуя с приближающимся полосовым магнитом, кольцо отталкивается от него. Из этого следует, что кольцо и магнит обращены друг к другу одноимёнными полюсами, а векторы магнитной индукции их полей направлены в противоположные стороны. Зная направление вектора индукции магнитного поля кольца, можно по правилу правой руки определить направление индукционного тока в кольце. Отодвигаясь от приближающегося к нему магнита, кольцо противодействует увеличению проходящего сквозь него внешнего магнитного потока.
Опыт показывает, что возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует изменению внешнего магнитного потока, которое вызвало этот ток.
В данном эксперименте изучаются явления электромагнитной индукции. Давайте рассмотрим теоретическую часть, чтобы понять, что происходит в этом опыте, и почему.
Электромагнитная индукция
Явление электромагнитной индукции заключается в возникновении электрического тока в проводнике (например, в кольце), расположенном в переменном магнитном поле. Это явление было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году.
Когда магнит вводится в кольцо, его магнитное поле пересекает проводник. В результате изменения магнитного потока, проходящего через кольцо, в проводнике возникает электрический ток. Этот ток называется индукционным током.
Магнитный поток
Магнитный поток ($ \Phi $) характеризует количество линий магнитного поля, проходящих через поверхность. Магнитный поток определяется как:
$$
\Phi = B \cdot S \cdot \cos(\alpha),
$$
где:
− $ B $ — магнитная индукция (магнитное поле),
− $ S $ — площадь поверхности, через которую проходит магнитное поле,
− $ \alpha $ — угол между направлением магнитного поля и нормалью к поверхности.
Если магнитный поток, проходящий через кольцо, изменяется, то возникает электромагнитная индукция.
Закон Фарадея
Сила индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока. Согласно закону Фарадея, э.д.с. индукции ($ \mathcal{E} $) определяется как:
$$
\mathcal{E} = -\frac{\Delta \Phi}{\Delta t},
$$
где:
− $ \Delta \Phi $ — изменение магнитного потока,
− $ \Delta t $ — время, за которое это изменение происходит,
− знак «минус» в формуле отражает правило Ленца.
Правило Ленца
Правило Ленца помогает определить направление индукционного тока. Оно гласит: индукционный ток имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.
Если магнит приближается к кольцу, индукционный ток в кольце будет создавать магнитное поле, которое направлено против приближения магнита. Если магнит удаляется от кольца, индукционный ток создаёт магнитное поле, которое стремится удерживать магнит в кольце.
Особенность конструкции кольца
Кольцо А и кольцо В соединены так, что они могут двигаться. Если в одном кольце возникает индукционный ток, то оно будет взаимодействовать с магнитом, либо притягиваясь, либо отталкиваясь от него. Одновременно возникает реакция конструкции — второе кольцо также будет двигаться.
Примечания к эксперименту
Когда магнит вводится в кольцо А, в нём возникает индукционный ток, который взаимодействует с магнитом, отталкивая его или притягивая. Конструкция кольца позволяет передать это движение к кольцу В. Аналогичное поведение будет наблюдаться, если магнит вводится в кольцо В.
Таким образом, опыт покажет закономерности электромагнитной индукции, включая взаимодействие магнита с индукционным током и передачу движения между кольцами.
Пожауйста, оцените решение
