Кольцо из проводника помещено в однородное магнитное поле, индукция которого нарастает от 0 до B₀. Плоскость кольца перпендикулярна линиям индукции поля. Определите силу индукционного тока, возникающего в кольце, если его радиус r и индуктивность L.
Ответы на вопрос
Для определения силы индукционного тока, возникающего в кольце при изменении магнитного поля, воспользуемся законом электромагнитной индукции Фарадея и понятием индуктивности проводника.
Дано:
— конечная индукция магнитного поля;
— радиус кольца;
— индуктивность кольца;
— сила индукционного тока, которую необходимо найти.
Решение
1. Определим изменение магнитного потока через кольцо.
Магнитный поток через поверхность кольца определяется формулой:
где — площадь кольца, а — угол между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости кольца.
Поскольку плоскость кольца перпендикулярна линиям магнитной индукции, угол , следовательно, .
Площадь кольца равна:
Таким образом, магнитный поток составляет:
При увеличении магнитной индукции от до изменение магнитного потока будет равно:
2. Учтём явление самоиндукции.
При изменении внешнего магнитного потока в кольце возникает индукционный ток. Согласно правилу Ленца, этот ток создаёт собственное магнитное поле, препятствующее увеличению внешнего магнитного потока.
Магнитный поток, обусловленный собственным током кольца, связан с его индуктивностью соотношением:
Если сопротивлением кольца можно пренебречь, полный магнитный поток через него сохраняется. Поэтому изменение внешнего магнитного потока компенсируется потоком, создаваемым индукционным током:
Подставим найденное изменение магнитного потока:
3. Найдём силу индукционного тока.
Выразим :
Ответ:
Таким образом, сила индукционного тока прямо пропорциональна конечной магнитной индукции и квадрату радиуса кольца, а также обратно пропорциональна его индуктивности.
Важное замечание: полученная формула справедлива при условии, что электрическим сопротивлением кольца можно пренебречь (например, если кольцо сверхпроводящее). Если кольцо обладает заметным сопротивлением, сила индукционного тока зависит также от сопротивления и скорости изменения магнитного поля. В таком случае приведённых в условии данных недостаточно для однозначного определения тока.
Похожие вопросы
Топ вопросов за вчера в категории Физика
Последние заданные вопросы в категории Физика
-
Математика
-
Литература
-
Алгебра
-
Русский язык
-
Геометрия
-
Английский язык
-
Химия
-
Физика
-
Биология
-
Другие предметы
-
История
-
Обществознание
-
Окружающий мир
-
География
-
Українська мова
-
Информатика
-
Українська література
-
Қазақ тiлi
-
Экономика
-
Музыка
-
Право
-
Беларуская мова
-
Французский язык
-
Немецкий язык
-
МХК
-
ОБЖ
-
Психология
-
Физкультура и спорт
-
Астрономия
-
Кыргыз тили
-
Оʻzbek tili

