Задание №5 — ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Упругую медную пружину длиной lo подвесили на длинных проводящих нитях. Что произойдёт с длиной пружины при подключении её к источнику постоянного тока (см. рисунок)? Изменением размера пружины, связанным с изменением её температуры, пренебречь.
Длина пружины увеличится. По соседним виткам пружины токи текут в одном направлении. Проводники, по которым ток течёт в одном направлении, отталкиваются друг от друга благодаря магнитному взаимодействию.
Длина пружины увеличится. По соседним виткам пружины токи текут в противоположном направлении. Проводники, по которым ток течёт в противоположном направлении, отталкиваются благодаря магнитному взаимодействию.
Длина пружины уменьшится. По соседним виткам пружины токи текут в одном направлении. Проводники, по которым ток течёт в одном направлении, притягиваются благодаря магнитному взаимодействию.
Длина пружины уменьшится. По соседним виткам пружины токи текут в противоположном направлении. Проводники, по которым ток течёт в противоположном направлении, притягиваются благодаря магнитному взаимодействию.
Правильный ответ
3
Пояснение
Решение.
Для решения данной задачи проанализируем физические процессы, происходящие в пружине при протекании по ней электрического тока.
1. Направление тока в витках. Пружина представляет собой последовательно соединённые витки провода. При подключении пружины к источнику постоянного тока ток течёт от положительного полюса к отрицательному. Проходя по спирали, ток в каждом соседнем витке направлен в одну и ту же сторону (например, везде по часовой стрелке или везде против часовой стрелки, если смотреть вдоль оси пружины).
2. Магнитное взаимодействие проводников. Согласно закону Ампера, параллельные проводники, по которым токи текут в одном направлении, испытывают силу взаимного притяжения. Это происходит потому, что каждый проводник с током создаёт вокруг себя магнитное поле, которое действует на соседний проводник с силой Ампера.
3. Изменение формы пружины. Поскольку по всем соседним виткам пружины токи текут в одном направлении, между витками возникают силы магнитного притяжения. Эти силы стремятся сблизить витки друг с другом вдоль оси пружины. В результате этого межвитковое расстояние уменьшается, и общая длина пружины становится меньше.
4. Вывод. Таким образом, длина пружины уменьшится, так как токи в соседних витках сонаправлены, что приводит к их магнитному притяжению.
Ответ: 3
Источник: ФИПИ