По гладким параллельным проводящим рельсам, замкнутым на резистор, перемещают лёгкий тонкий проводник. Рельсы, резистор и проводник образуют контур, который находится в однородном магнитном поле, как показано на рис. а. При движении проводника площадь контура изменяется так, как указано на рис. б.
Выберите все верные утверждения, соответствующих приведённым данным и описанию опыта.
- Поскольку рельсы гладкие, для перемещения проводника в любой момент времени силу прикладывать не надо.
- Максимальная ЭДС в контуре наблюдается в интервале от 30 до 40 с.
- Сила, прикладываемая к проводнику для его перемещения, максимальна в интервале времени от 10 до 30 с.
- В течение первых 15 с ток течёт через резистор непрерывно.
- В интервале времени от 15 до 25 с через резистор течёт ток.
Решение:
При движении проводника происходит изменение магнитного потока, значит, по правилу Ленца в контуре будет возникать индукционный ток с таким направлением, чтобы препятствовать изменению магнитного потока контура. Для определения направления вектора (магнитного поля, создаваемого индукционным током) воспользуемся правилом правой руки (буравчика). Направление тока в контуре в данном случае по часовой стрелке.
1) Неверно
Так как от 0 до 10 с площадь проводника контура не изменялась, то проводник не двигался и индукционный ток в рамке отсутствовал. Для начала движения проводника следует приложить некую начальную силу.
2) Верно
Модуль ЭДС индукции равен: где – изменение магнитного потока за время . Изменение потока равно: то есть чем быстрее изменяется площадь, тем больше по модулю возникает ЭДС. Из графика видно, что скорость изменения площади максимальна на участке от 30 до 40 с, следовательно, ЭДС там максимальна.
3) Неверно
На проводник в магнитном поле будет действовать сила Ампера: где – индукционный ток, – длина проводника. Индукционный ток зависит от изменения магнитного потока, то есть изменения площади контура. Скорость изменения площади (и, соответственно, сила Ампера) максимальна именно в интервале от 30 до 40 с, а не от 10 до 30 с.
4) Неверно
Нет, так как площадь не изменялась только до 10 с, где ток не возникал. А затем площадь изменялась, и индукционный ток возникал, поэтому в первые 15 с ток тек не непрерывно (с 0 до 10 с тока не было).
5) Верно
Да, так как происходило изменение площади контура, а значит, менялся магнитный поток, что и является причиной возникновения индукционного тока.