Дано:
- Магнит начинает свободное падение с нулевой начальной скоростью.
- Магнит пролетает через проволочное кольцо, создавая электрический ток.
- Ток в кольце изменяется со временем, как показано на графике.
Найти: Объяснить, почему ток в кольце имеет разные направления в моменты времени t1 и t2.
Решение:
1. При свободном падении магнита он создает изменение магнитного потока в кольце. Согласно закону Фарадея, ЭДС индукции в кольце равна отрицательному изменению магнитного потока во времени:
ЭДС = -dФ/dt,
где Ф – магнитный поток.
2. Когда магнит движется вниз, магнитный поток через кольцо увеличивается. Это происходит потому, что магнит приближается к кольцу, и его магнитное поле охватывает все больше пространства. Изменение магнитного потока вызывает появление ЭДС, направленной против увеличения потока. По правилу Ленца, ток в кольце будет течь в направлении, которое создает магнитное поле, противоположное полю магнита.
3. В момент времени t1, когда магнит находится в начале своего падения, ток в кольце направлен, например, по часовой стрелке. Это происходит потому, что магнитное поле, создаваемое током, противодействует увеличению магнитного потока.
4. Когда магнит проходит дальше вниз, в момент времени t2 ток меняет свое направление. В этом случае, когда магнит опускается еще ниже, его магнитный поток через кольцо начинает уменьшаться. Это вызывает изменение направления ЭДС, поскольку она теперь будет направлена в сторону, создающую поток, направленный вверх, чтобы противодействовать уменьшению потока.
5. Таким образом, в момент времени t2 ток в кольце будет направлен против часовой стрелки, поскольку теперь ток должен создавать магнитное поле, противодействующее падению магнита.
Ответ: Ток в кольце имеет разные направления в моменты времени t1 и t2 из-за изменения направления магнитного потока, вызванного движением магнита. При увеличении потока ток течет в одном направлении, а при уменьшении – в противоположном.