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.
Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, ЭДС индукции определяется выражением
где — поток магнитного поля через замкнутый контур. Поскольку ось вращения рамок перпендикулярна вектору магнитной индукции, величина магнитного потока изменяется со временем по закону
где — угол между нормалью к контуру и вектором индукции магнитного поля, S — площадь контура.
В процессе поворота величина магнитного потока изменится от до 0.
Сила тока — величина, равная отношению количества заряда, прошедшего через некоторую поверхность за время к величине этого промежутка времени. С другой стороны сила тока может быть найдена из закона Ома
Отсюда заряд, который протек через рамку в процессе поворота равен
Ответ: 283.


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.
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.