Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип 12 № 10352
i

Тя­же­лая квад­рат­ная про­во­лоч­ная рамка с дли­ной сто­ро­ны 10 см и со­про­тив­ле­ни­ем 2 Ом висит на го­ри­зон­таль­ной оси, про­хо­дя­щей через одну из сто­рон рамки. В ис­ход­ном по­ло­же­нии рамка от­кло­не­на от вер­ти­ка­ли на угол 45°. В про­стран­стве во­круг рамки со­зда­но од­но­род­ное маг­нит­ное поле с ин­дук­ци­ей 0,08 Тл, линии ко­то­ро­го на­прав­ле­ны го­ри­зон­таль­но и пер­пен­ди­ку­ляр­ны оси под­ве­са рамки. Рамку по­во­ра­чи­ва­ют, от­кло­нив ее на угол 90° от вер­ти­ка­ли. Какой заряд про­те­ка­ет через рамку в про­цес­се ее по­во­ро­та из ис­ход­но­го по­ло­же­ния в ко­неч­ное? Ответ вы­ра­зи­те в мкКл, округ­лив до це­ло­го числа.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

Со­глас­но за­ко­ну элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции Фа­ра­дея, ЭДС ин­дук­ции опре­де­ля­ет­ся вы­ра­же­ни­ем

\mathcalE_i = минус дробь: чис­ли­тель: \Delta \Phi, зна­ме­на­тель: \Delta t конец дроби ,

где \Phi  — поток маг­нит­но­го поля через за­мкну­тый кон­тур. По­сколь­ку ось вра­ще­ния рамок пер­пен­ди­ку­ляр­на век­то­ру маг­нит­ной ин­дук­ции, ве­ли­чи­на маг­нит­но­го по­то­ка из­ме­ня­ет­ся со вре­ме­нем по за­ко­ну

\Phi левая круг­лая скоб­ка t пра­вая круг­лая скоб­ка =BS ко­си­нус левая круг­лая скоб­ка альфа пра­вая круг­лая скоб­ка ,

где  альфа   — угол между нор­ма­лью к кон­ту­ру и век­то­ром ин­дук­ции маг­нит­но­го поля, S  — пло­щадь кон­ту­ра.

В про­цес­се по­во­ро­та ве­ли­чи­на маг­нит­но­го по­то­ка из­ме­нит­ся от Ba в квад­ра­те ко­си­нус альфа до 0.

Сила тока  — ве­ли­чи­на, рав­ная от­но­ше­нию ко­ли­че­ства за­ря­да, про­шед­ше­го через не­ко­то­рую по­верх­ность за время \Delta t, к ве­ли­чи­не этого про­ме­жут­ка вре­ме­ни. С дру­гой сто­ро­ны сила тока может быть най­де­на из за­ко­на Ома

I= дробь: чис­ли­тель: Q, зна­ме­на­тель: \Delta t конец дроби = дробь: чис­ли­тель: \mathcalE, зна­ме­на­тель: R конец дроби .

От­сю­да заряд, ко­то­рый про­тек через рамку в про­цес­се по­во­ро­та равен

Q= дробь: чис­ли­тель: \mathcalE \Delta t, зна­ме­на­тель: R конец дроби = дробь: чис­ли­тель: \Delta \Phi, зна­ме­на­тель: R конец дроби = дробь: чис­ли­тель: Ba в квад­ра­те ко­си­нус альфа , зна­ме­на­тель: R конец дроби = дробь: чис­ли­тель: 0,08 умно­жить на 0,1 в квад­ра­те умно­жить на ко­си­нус 45 гра­ду­сов, зна­ме­на­тель: 2 конец дроби \approx 283 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 6 пра­вая круг­лая скоб­ка Кл = 283 мкКл.

Ответ: 283.


Аналоги к заданию № 10320: 10352 Все

Алексей Солин 13.01.2019 22:33

Здрав­ствуй­те. На мой взгляд, ре­ше­ние за­да­чи не­вер­но, и ответ в ней дру­гой. При­ве­ду своё ре­ше­ние, а после объ­яс­ню в чём ошиб­ка у вас.

 

Обо­зна­чим:

S - пло­щадь рамки;

R - со­про­тив­ле­ние рамки;

B - ин­дук­ция маг­нит­но­го поля;

w - уг­ло­вая ча­сто­та с ко­то­рой по­во­ра­чи­ва­ли рамку;

sqrt(2) - квад­рат­ный ко­рень из 2.

 

Для удоб­ства будем счи­тать, что в на­чаль­ный мо­мент вре­ме­ни угол между рам­кой и вер­ти­ка­лью равен 0.

Тогда поток через рамку ме­нял­ся со вре­ме­нем по за­ко­ну:

Ф(t) = BS*cos(wt)

В таком слу­чае, нам нужно по­счи­тать заряд протёкший через рамку в про­ме­жут­ке с wt=Pi/4 до wt=Pi/2.

Тогда ЭДС, воз­ни­ка­ю­щее в рамке:

U(t) = -Ф'(t) = -BSw*sin(wt)

Тогда ток в рамке:

I(t) = U(t)/R = -BSw/R*sin(wt)

Те­перь важ­ный мо­мент. Так как I(t) = q'(t), то чтобы найти ток Q протёкший через рамку в ре­зуль­та­те по­во­ро­та нам нужно взять опре­делённый ин­те­грал I(t) по dt в пре­де­лах от wt=Pi/4 до wt=Pi/2.

Не­опре­делённый ин­те­грал I(t) по dt равен:

BS/R*cos(wt) + C

Берём опре­делённый ин­те­грал в дан­ных пре­де­лах:

Q = BS/R*cos(Pi/2) - BS/R*cos(Pi/4) = BS/R*(1-sqrt(2)/2)

Мо­же­те под­ста­вить те­перь кон­крет­ные зна­че­ния и убе­дить­ся, что ответ по­лу­ча­ет­ся иной, не­же­ли в вашем ре­ше­нии. А имен­но 117 мкКл.

 

Ошиб­ка в ваших рас­суж­де­ни­ях в том, что ЭДС пе­ре­мен­ное, ток пе­ре­мен­ный и заряд таким об­ра­зом как вы счи­та­е­те счи­тать нель­зя.

Антон

cos(Pi/2) равен 0, а не 1.

Так что по­лу­ча­ет­ся:

Q = |BS/R*cos(Pi/2) - BS/R*cos(Pi/4)| = BS/R*sqrt(2)/2 = 283 мкКл.