Задание №19 — ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Для ответа на вопрос задачи проанализируем физические процессы, происходящие при вращении проводящего кольца в магнитном поле.

1) Явление электромагнитной индукции. Магнит создает между своими полюсами $N$ и $S$ магнитное поле. При вращении медного кольца вокруг вертикальной оси постоянно меняется угол между вектором магнитной индукции $\vec{B}$ и нормалью к плоскости кольца. Следовательно, магнитный поток $\Phi$, пронизывающий площадь кольца, непрерывно изменяется во времени.

2) Возникновение индукционного тока. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменение магнитного потока приводит к возникновению в замкнутом проводящем контуре (кольце) ЭДС индукции $\mathcal{E}_i = - \frac{\Delta \Phi}{\Delta t}$. Так как медь является хорошим проводником, под действием этой ЭДС в кольце возникает электрический ток, который называют индукционным током.

3) Тепловое действие тока. Согласно закону Джоуля — Ленца, при протекании электрического тока в проводнике выделяется количество теплоты, прямо пропорциональное квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени его протекания: $Q = I^2 R t$. Энергия вращения кольца за счет работы сил ампера частично преобразуется во внутреннюю энергию металла.

Вывод: Поскольку в кольце возникает индукционный ток, прохождение которого сопровождается выделением теплоты, кольцо будет нагреваться.

Ответ: Да, нагревание кольца будет происходить, так как при его вращении изменяется магнитный поток, что вызывает появление индукционного тока, который, согласно закону Джоуля — Ленца, приводит к выделению теплоты.

Источник: ФИПИ