В однородном магнитном поле, индукция которого равна 5 • 10~3 Тл, находится плоская прямоугольная рамка (рис. 192). Сопротивление рамки 0,5 Ом. Вначале плоскость рамки составляла угол а = 30° с вектором индукции магнитного поля, затем рамку повернули так, что вектор индукции стал направлен параллельно плоскости рамки. В процессе поворота через рамку прошел заряд 5 мкКл. Найдите площадь рамки.
от

1 Ответ

Дано:
- Индукция магнитного поля B = 5 * 10^(-3) Тл
- Сопротивление рамки R = 0,5 Ом
- Начальный угол между плоскостью рамки и вектором индукции a = 30°
- Заряд, прошедший через рамку Q = 5 мкКл = 5 * 10^(-6) Кл

Найти:

Площадь рамки S.

Решение:

1. Для начала определим изменение магнитного потока, которое произошло при повороте рамки. Магнитный поток Ф определяется как:

Ф = B * S * cos(a),

где a - угол между вектором индукции и нормалью к плоскости рамки.

2. Вычислим магнитный поток до поворота рамки (угол 30°):

Ф1 = B * S * cos(30°)  
Ф1 = 5 * 10^(-3) * S * (sqrt(3)/2)  
Ф1 = (5 * sqrt(3) / 4) * 10^(-3) * S.

3. После поворота рамки (угол 0°) магнитный поток Ф2:

Ф2 = B * S * cos(0°)  
Ф2 = B * S  
Ф2 = 5 * 10^(-3) * S.

4. Изменение магнитного потока ΔФ:

ΔФ = Ф2 - Ф1  
ΔФ = (5 * 10^(-3) * S) - ((5 * sqrt(3) / 4) * 10^(-3) * S)  
ΔФ = (5 * 10^(-3) * S) * (1 - (sqrt(3) / 4))  
ΔФ = (5 * 10^(-3) * S) * ((4 - sqrt(3)) / 4).

5. ЭДС индукции ε, которая возникает в рамке, можно найти по формуле:

ε = -ΔΦ / Δt.

6. По закону Ома:

ε = Q / R,  
где Q - заряд, прошедший через рамку.

Таким образом, у нас есть два выражения для ЭДС:

Q / R = -ΔΦ / Δt.  
Так как заряд Q прошел при повороте рамки, можем принять Δt = 1 с (для простоты расчетов), тогда:

Q / R = -ΔΦ.

7. Подставим значения и найдем площадь S:

(5 * 10^(-6)) / 0,5 = -(5 * 10^(-3) * S) * ((4 - sqrt(3)) / 4).

8. Упростим уравнение:

10 * 10^(-6) = (5 * 10^(-3) * S) * ((4 - sqrt(3)) / 4).

9. Переносим S влево:

S = (10 * 10^(-6) * 4) / (5 * 10^(-3) * (4 - sqrt(3))).  

10. Подсчитаем S:

S = (40 * 10^(-6)) / (5 * 10^(-3) * (4 - sqrt(3)))  
S = (40 * 10^(-6)) / (5 * 10^(-3) * (4 - 1.732))  
S = (40 * 10^(-6)) / (5 * 10^(-3) * 2.268)  
S = (40 / (5 * 2.268)) * 10^(-3)  
S ≈ (40 / 11.34) * 10^(-3)  
S ≈ 3.53 * 10^(-3) м^2.

Ответ:
Площадь рамки составляет примерно 3.53 * 10^(-3) м^2.
от