Загрузка...
В некоторой области пространства создано однородное магнитное поле (см. рисунок). Квадратная металлическая рамка движется через границу этой области с постоянной скоростью V, направленной вдоль плоскости рамки и перпендикулярно вектору магнитной индукции В. ЭДС индукции, генерируемая в рамке равна Е. Какой станет ЭДС, если рамка будет двигаться со скоростью V/4?
Варианты ответа: 1) Е/4; 2) Е; 3) 2Е; 4) 4ЕЗадача А13 - это задачка на МАГНЕТИЗМ. Выше приведено условие из демоварианта 2014 года. Вспомним теорию. Если взять парочку постоянных магнитов и приблизить их друг к дружке противоположными полюсами, то в этом "межмагнитном"пространстве возникнет однородное магнитное поле.
Поле - это особый вид материи. Его не видно, оно не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха. А откуда тогда знают, что оно есть? Потому что оно обнаруживается с помощью приборов. Простейший способ обнаружить поле - с помощью компаса. Если компас внести между магнитами, то его стрелка не станет показывать на северный полюс Земли, а повернется вниз, к южному полюсу нижнего магнита. Если так "прощупать" поле в разных местах, и положение стрелки компаса отметить чёрточками - то получатся так называемые СИЛОВЫЕ ЛИНИИ или ЛИНИИ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. Эти линии всегда выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Они графически представляют магнитное поле, делают его как бы видимым для нас, изучающих физику. То, что магнитное поле существует, и даже не просто существует, а оказывает силовое действие, можно узнать из такого опыта. Вот, между северным и южным полюсом подковообразного магнита висит проводничок.
Пока выключатель разомкнут, ток по проводнику не идёт - то он висит себе, не шевелится. Как только рубильник включают, пускают ток в проводник - он отклоняется, то есть ВЫТАЛКИВАЕТСЯ магнитным полем. Эту силу, которая выталкивает проводник, называют силой Ампера. На картиночке ниже изображено ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ, пользуясь которым можно найти направление силы Ампера. Правило таково: поставьте левую руку так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь (то есть, ладошкой кверху, к северному полюсу); чтобы четыре вытянутых пальца совпадали с направлением тока в проводнике. Тогда большой палец, оттопыренный перпендикулярно, покажет направление силы Ампера (или иначе говоря - в какую сторону из магнитного поля вылетит проводник)
Понятно, что силу Ампера в принципе нетрудно замерить с помощью динамометра. От чего зависит: большая это будет сила или маленькая? Первое - от силы тока I в проводнике. Второе - от длины проводника. И наконец - от силы самого магнитного поля. Согласитесь - бывают магниты и посильнее и послабее. Бывают магниты, едва притягивающие скрепки, а бывают такие, которыми разгружают вагоны с металлоломом. Поэтому, исходя из данного опыта устанавливают силовую характеристику магнитного поля. Эта характеристика называется МАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ. Измеряется в единицах - ТЕСЛА, Тл. Магнитное поле имеет индукцию 1 Тесла, если проводник длиной 1 метр, по которому течёт ток 1 Ампер, выталкивается из поля с силой 1 Ньютон. Индукция обозначается буквой В, это векторная величина, направлена по линиям магнитной индукции. Кто нечаянно назовёт индукцию СИЛОЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ, то по сути будет прав. Хотелось бы как то зрительно указывать ИНДУКЦИЮ-СИЛУ магнитного поля. Обычно условно указывают ГУСТОТОЙ силовых линий. Например, если индукция 1 Тесла - то на чертеже рисуют 10 силовых линий на каждый квадратный сантиметр; если 2 Тесла - 20 линий на квадратный сантиметр, и так далее. А теперь другой, супер-пупер интересный вопрос: откуда берётся электричество? Из розетки, конечно! А в розетку откуда приходит? С электростанции. А там его как делают? Его добывают ИЗ МАГНИТА, эту штуку придумал гениальный Майкл Фарадей. Он поставил перед собой задачу ПРЕВРАТИТЬ МАГНЕТИЗМ В ЭЛЕКТРИЧЕСТВО. Бился-бился, и наконец добился. Сделал вот такой опыт.
Магнит вдвигается в катушку, и из-за этого в ней появляется электрический ток, который фиксирует прибор (амперметр). Это открытие Фарадея можно изобразить и таким образом:
Провод двигают какой-то внешней силой поперёк магнитного поля. Из-за этого в проводе возникает электродвижущая сила (ЭДС); если к концам провода припаять токие проводнички и пустить их на амперметр, то он так же покажет ток. Данное явление называют ЯВЛЕНИЕМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. Явление электромагнитной индукции - это интереснейшее и важнейшее явление, открытое Фарадеем. Оно состоит в том, что если проводник пересекать магнитным полем то в нём возникнет электричество (электродвижущая сила). Рассказывают, что Фарадей публично демонстрировал опыты по получению электричества из магнита. Одна дама спросила: "Но какая же может быть польза от этого открытия? Зачем нужно это слабенькое покачивание стрелки амперметра?" "А какая польза может быть от новорожденного?" - ответил ей Фарадей. Действительно, сегодня без электричества невозможно представить нашу жизнь. И обязаны этим мы Фарадею. Замечу, что физики запудрили мозги школьникам, назвав одним и тем же словом ИНДУКЦИЯ две совсем разных штуки. Сила магнитного поля, которая обозначается буквой В и измеряется в Теслах, называется ИНДУКЦИЯ. И явление, когда при пересечении проводника магнитным полем в нём наводится ЭДС - тоже называется ИНДУКЦИЕЙ. Ну, что же, мы разобрались, что это две большие разницы и будеи теперь иметь это ввиду. От чего зависит величина электродвижущей силы, возникающей в проводнике? От трёх параметров. 1) От силы магнитного поля, то есть индукции магнитного поля B. 2) От длины проводника 3) От скорости движения проводника через поле.
Отсюда очевиден ответ на задачу. Если скорость уменьшить в 4 раза, то и ЭДС уменьшится в 4 раза. Правильный вариант ответа № 1. На многих сайтах предлагается иной метод решения данной задачи. Но этот проще, на наш взгляд, и тоже правильный. Пример № 2 из демонстрационного варианта 2013 года
Это задача простецкая, на знание того, что это за сила Лоренца. Выше мы говорили про силу Ампера, с которой проводник с током выталкивается из магнитного поля. Сила Лоренца - это практически то же самое. Только рассматривается действие магнитного поля не на ток (движение заряженных частиц), а на одну положительно заряженную частицу. Действие силы Лоренца хорошо показано на картинке, направление силы определяется так же по правилу левой руки
Значит, на нашем рисунке, левую руку ставим так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь - значит, ЛАДОШКОЙ ВЛЕВО. Чтобы четыре пальца сопадали с вектором скорости движения заряда - значит, ЧЕТЫРЕ ПАЛЬЦА ВНИЗ. Тогда оттопыренный большой палец покажет НА НАС. Правильный ответ № 1. Пример № 3. Реальный вариант 2013 года, снято на мобильник
Требуется найти силу Ампера, по правилу левой руки. Ладонь влево, четыре пальца вверх, сила Ампера от нас. Верный ответ №1. В завершение темы предлагаю посомтреть старый учебный фильм про электромагнитную индукцию. Мне нравятся старые фильмы, они такие основательные, подробные, понятные, хоть и не цветные, и звук хрипит временами... <<<Назад, к задаче А12 | Разбираем далее задачу А14 >>> |
