Почему закон Ленца не предсказывает поведение стержня на пружинах в магнитном поле?

Это исходит из одного из вопросов с бесплатным ответом на экзамене AP Physics B 2014.

схема стержня, подвешенного на пружинах в магнитном поле

5. (15 баллов) Проводящий стержень массы м и длина л висит в покое на двух одинаковых токопроводящих пружинах, каждая из которых имеет упругую жесткость к , как показано на рисунке слева выше. Верхние концы пружин закреплены в точках п и Вопрос , а стержень находится в однородном магнитном поле Б направлены на страницу. Затем батарея подключается между точками п и Вопрос , как показано на рисунке справа вверху, что приводит к току я в стержне. Стержень смещается вниз, в конечном итоге достигая нового положения равновесия с пружинами, растянутыми на дополнительное расстояние. Δ у .

а) какой момент, п или Вопрос , подключен к плюсовой клемме аккумулятора? Обосновать ответ.

Ответ Q. Но я поставил P. Я сказал, что будет изменение и увеличение потока. Это означает, по закону Ленца, что будет индуцированное магнитное поле в противоположном направлении. Используя правило руки, вы указываете большим пальцем в направлении магнитного поля и Сгибаете пальцы в направлении направления тока, что делает его против часовой стрелки. Таким образом, видно, что правильный ответ - P.

Почему мой ответ неверен? Другие мои одноклассники говорят мне, что ответ Q, почему?

Ответы (3)

Ответ Q, потому что из второго рисунка видно, что при подключении батареи к стержню прикладывается направленная вниз сила. Поскольку поле направлено на страницу, ток должен двигаться из точки Q в точку P, чтобы создать эту направленную вниз силу.

Это правда, что при перемещении из начального положения в конечное будет индуцированный ток из-за изменения потока, но это переходный эффект, который больше не возникает, когда стержень достигает равновесия, и я предполагаю, что ток, создаваемый батарея в любом случае затмевает этот переходный эффект.

Итак, ток, создаваемый батареей, противодействует индуктивному току, создаваемому изменением потока? В целом, это приводит к тому, что ток не течет в петлю, когда она достигает равновесия?
Нет, как только петля достигает равновесия, ток не равен нулю. Как только контур достигает равновесия, в нем больше нет изменяющегося потока, что означает, что индуцированный ток больше не возникает. Вот что я имел в виду, когда сказал, что индуцированный ток — это переходный эффект. Как только петля больше не движется, ток подается исключительно от батареи.

Закон Ленца — неправильный физический принцип, который здесь можно использовать. Это применимо, когда у вас есть изменение магнитного потока, которое вызывает ток, но в этом случае все наоборот: ток вызывает изменение потока, заставляя стержень двигаться. Поскольку ток исходит от батареи, а не от изменяющегося магнитного потока, вы не используете для него закон Ленца.

Теперь, когда стержень движется, происходит изменение потока, и это изменение потока вызывает индукционный ток сверх тока от батареи. На самом деле индуцированный ток течет в направлении, противоположном первоначальному току, поэтому он немного компенсирует первоначальный ток. (Индуцированный ток обычно намного меньше исходного тока.) Но индуцированный ток не имеет значения для этой проблемы; вам нужно только знать об исходном токе.

Поскольку стержень толкнул вниз из-за магнитного взаимодействия, мы можем вычислить его, используя Ф "=" я л × Б что ток идет от Q к P.

Теперь, если вы хотите применить законы Ленца, вы обнаружите, что увеличивающийся поток будет индуцировать ток, который идет от P к Q, но это индуктивный ток, и от нас требуется определить, какой из них является положительным полюсом батареи. В предыдущем абзаце было определено, что это только Q!

Почему закон Ленца не предсказывает поведение стержня на пружинах в магнитном поле?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v