Физика. Теория. Методика. Задачи - Демков В.П.
Скачать (прямая ссылка):
электромагнитной индукции (включая и самоиндукцию). При их решении
следует помнить, что:
480
- при движении проводника в магнитном поле ЭДС индукции обусловлена
действием на носители тока силы Лореица;
- при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную
контуром, ЭДС индукции обусловлена вихревым электрическим полем; ее
появление не зависит от того какая из величин, входящих в выражение
(14.15) для потока Ф, изменилась (величина В индукции поля, площадь S
контура, его ориентация в магнитном поле, две или все три из этих
величин);
- независимо от причин возникновения ЭДС индукции ее величина может
быть найдена по формуле (14.16);
- появление ЭДС индукции приводит к возникновению в контуре
индукционного тока, направление которого определяется правилом Ленца;
если магнитный поток увеличивается, то в контуре возникает индукционный
ток такого направления, чтобы собственный магнитный поток ослабил
внешний, т.е. магнитное поле индукционного тока должно быть направлено
противоположно внешнему; если магнитный поток уменьшается, то
индукционный ток будет направлен так, чтобы поддержать внешний, т.е.
магнитное поле индукционного тока будет направлено по внешнему. При этом
векторы индукции внешнего и собственного магнитных полей не обязательно
будут параллельны;
- на элеметы контура, в котором возникает индукционный ток, будет
действовать сила Ампера. Поскольку направление индукционного тока
определяется правилом Ленца, то и сила Ампера будет направлена так, чтобы
противодействовать причине, вызывающей появление ЭДС индукции. Если
магнитный поток возрастает, то сила Ампера будет направлена так, чтобы
его уменьшить; так как сила Ампера не может изменить величину индукции
внешнего поля, то она будет направлена так, чтобы уменьшить площадь,
ограниченную контуром, т.е. сжать контур. И наоборот, при уменьшении
магнитного потока сила Ампера будет направлена так, чтобы растянуть
контур.
Если проводник движется в магнитном поле, то на электроны, находящиеся в
проводнике, будет действовать сила Лоренца, и электроны будут
перемещаться к одной из границ проводника: в результате у одной границы
проводника окажется избыток электронов, а у другой - их недостаток. При
этом между противоположными границами проводника возникнет электрическое
поле и разность потенциалов, значения которых нужно определить, используя
формулы электростатики. Другой способ решения таких задач основан на
непосредственном применении закона электромагнитной индукции (14.16). В
этом случае проводник следует дополнить проводящей рамкой до замкнутого
контура, все части которого (кроме проводника) неподвижны. При этом
контур должен иметь такую форму, чтобы места контакта с рамкой у
проводника не менялись; если проводник движется поступательно, то рамка
может иметь форму буквы П (см. рис. 14.21); если проводник вращается
вокруг одного из концов, то рамка должна иметь форму части сектора (рис.
14.30).
Переменный магнитный поток через поверхность S, ограниченную таким
контуром, будет обусловлен изменением площади контура. Поэтому если
магнитное поле направлено перпендикулярно плоскости контура, то закон
электромагнитной индукции (14.16) может быть записан в виде
#i = -B^-.
1 dt
Относительно просто решаются задачи, в которых причиной появления ЭДС
индукции является вихревое электрическое поле, порождаемое изменяющимся
со временем магнитным полем, а параметры контура (его площадь и
ориентация в магнитном поле остаются
16 Физика. Теория. Методика. Задачи
481
неизменными). Для их решения достаточно правильно вычислить величину
магнитного потока в произвольный момент времени и воспользоваться законом
электромагнитной индукции (14.16).
Часто встречаются задачи, в которых нестационарный магнитный поток и ЭДС
индукции возникают в контуре при изменении его площади за счет движения
одной из сторон контура (одной из сторон контура является подвижный
проводящий стержень). Обычно такие задачи требуют привлечения законов
механики. Решая их, можно придерживаться следующей последовательности:
1) сделать чертеж, на котором изобразить силовые линии индукции
магнитного поля и контур;
2) проанализировав условие задачи, установить причины изменения
магнитного потока, пронизывающего поверхность, ограниченную контуром;
3) воспользовавшись правилом Ленца, определить направление
индукционного тока в контуре, указав его на рисунке;
4) если в задаче идет речь о движении контура или его части, указать
направления всех сил (в том числе и силы Ампера), действующих на
интересующие иас элементы контура;
5) записать развернутые выражения для потока Ф магнитной индукции, ЭДС
индукции, индукционного тока и силы Ампера. Если контур содержит только
сопротивления, то величину индукционного тока нужно определить по закону
Ома для замкнутой цепи, содержащей источник ЭДС, равный Щ: 1= S/R. Если в
контуре содержится конденсвтор емкостью С, то силу тока нужно выразить
