Задание №5 — ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Упругую медную пружину подвесили на длинных проводящих нитях и подключили к источнику тока. Что произойдёт с длиной пружины при отключении её от источника постоянного тока (см. рисунок)? Изменением размера пружины, связанным с изменением её температуры, пренебречь.
Длина пружины увеличится, так как параллельные витки, по которым токи текли в одном направлении, после отключения тока перестанут притягиваться из-за прекращения магнитного взаимодействия.
Длина пружины увеличится, так как параллельные витки, по которым токи текли в одном направлении, после отключения тока перестанут притягиваться из-за прекращения электрического взаимодействия.
Длина пружины уменьшится, так как параллельные витки, по которым токи текли в противоположном направлении, после отключения тока перестанут отталкиваться из-за прекращения магнитного взаимодействия.
Длина пружины уменьшится, так как параллельные витки, по которым токи текли в противоположном направлении, после отключения тока перестанут отталкиваться из-за прекращения электрического взаимодействия.
Правильный ответ
1
Пояснение
Решение.
Для решения данной качественной задачи проанализируем физические процессы, происходящие в пружине при протекании по ней электрического тока и после его отключения.
1. Взаимодействие параллельных токов. Согласно законам электродинамики, вокруг любого проводника с током возникает магнитное поле. Если два параллельных проводника находятся рядом и по ним текут токи в одном и том же направлении, то эти проводники притягиваются друг к другу под действием сил Ампера. Если же токи текут в противоположных направлениях — проводники отталкиваются.
2. Анализ токов в витках пружины. Пружина представляет собой последовательно соединённые витки. Когда пружина подключена к источнику постоянного тока, ток течёт по всей длине провода. В любых двух соседних витках пружины ток в каждый момент времени направлен в одну и ту же сторону (например, по часовой стрелке, если смотреть с торца). Следовательно, соседние витки пружины являются параллельными проводниками с сонаправленными токами.
3. Состояние пружины под током. Так как токи в соседних витках текут в одном направлении, между ними возникает магнитное притяжение. Это приводит к тому, что витки стремятся сблизиться, и пружина немного сжимается вдоль своей оси. В этом состоянии она находится под действием двух уравновешивающих друг друга сил: силы магнитного притяжения и силы упругости, возникающей при деформации пружины.
4. Отключение тока. При отключении пружины от источника ток в ней исчезает (). Следовательно, исчезает и магнитное поле, создаваемое витками, а значит, прекращается магнитное взаимодействие (притяжение) между ними. Под действием силы упругости пружина возвращается в своё исходное недеформированное состояние, то есть её длина увеличивается.
Вывод: Длина пружины увеличится, так как исчезнет магнитное притяжение между витками, по которым ранее ток тёк в одном направлении. Это соответствует утверждению № 1.
Ответ: 1
Источник: ФИПИ