Решение: Электромагнитная индукция в цепях
На рисунке изображены две электрические цепи. Первая содержит последовательно соединённые источник тока (1), реостат, катушку индуктивности и амперметр, а вторая — проволочный моток, к концам которого присоединён гальванометр. Катушка и моток надеты на железный сердечник (2).
Как будут изменяться показания приборов при плавном уменьшении сопротивления реостата? Ответ поясните, указав, какие физические закономерности Вы использовали для объяснения.
Решение по шагам
4 шагаПри плавном уменьшении сопротивления реостата полное сопротивление первой цепи уменьшается. По закону Ома сила тока в цепи возрастает, поэтому показания амперметра увеличиваются.
$$I = \dfrac{\mathcal{E}}{R_{\text{полн}}}$$Увеличение силы тока в катушке приводит к усилению её магнитного поля. Так как катушка и моток находятся на общем железном сердечнике, магнитный поток через витки мотка увеличивается.
$$\Phi \uparrow$$Изменение магнитного потока вызывает индукционный ток в мотке, поэтому стрелка гальванометра отклоняется от нулевого положения. Направление отклонения определяется правилом Ленца: индукционный ток создаёт магнитное поле, противодействующее увеличению магнитного потока.
$$\mathcal{E}_{\text{инд}} = -\dfrac{\Delta \Phi}{\Delta t}$$После прекращения перемещения реостата сила тока в первой цепи перестаёт изменяться, магнитный поток становится постоянным, индукционный ток исчезает, и показания гальванометра возвращаются к нулю.
$$\dfrac{\Delta \Phi}{\Delta t}=0 \Rightarrow \mathcal{E}_{\text{инд}}=0$$Показания амперметра увеличиваются; гальванометр отклоняется от нуля в направлении, определяемом правилом Ленца, а после прекращения изменения сопротивления возвращается к нулю.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Утверждать, что показания гальванометра постоянно увеличиваются вместе с показаниями амперметра.
Забывать, что индукционный ток возникает только при изменении магнитного потока.
Указывать направление отклонения гальванометра без применения правила Ленца.
Считать, что уменьшение сопротивления реостата уменьшает силу тока в первой цепи.