14. Электродинамика: анализ физических процессов: #217140
На железный сердечник надеты две катушки, как показано на рисунке. По правой катушке пропускают ток, который меняется согласно приведенному графику.
На основании этого графика выберите все верные утверждения о процессах, происходящих в катушках и сердечнике.
$1)$ В промежутках $0-1\ \text{с}$ и $1-2\ \text{с}$ направления тока в правой катушке различны.
$2)$ В промежутке времени $2-3\ \text{с}$ сила тока в левой катушке отлична от нуля.
$3)$ Модуль силы тока в левой катушке в промежутке $1-2\ \text{с}$ больше, чем в промежутке $3-5\ \text{с}.$
$4)$ В промежутке $0-2\ \text{с}$ модуль магнитной индукции в сердечнике минимален.
$5)$ В промежутке $1-2\ \text{с}$ сила тока в левой катушке равномерно увеличивается.
$1)$ Верно. Из графика видно, что в промежутке $0-1\ \text{с}$ сила тока отрицательна, а в промежутке $1-2\ \text{с}$ — положительна. Знак силы тока указывает на ее направление. Следовательно, направления тока в правой катушке в этих промежутках противоположны.
$2)$ Неверно. Сила тока в левой катушке является индукционной и возникает только при изменении магнитного потока через нее. Магнитный поток создается током в правой катушке и пропорционален ему (для железного сердечника — с учетом насыщения, но в основном пропорционально). В промежутке $2-3\ \text{с}$ ток в правой катушке постоянен $( I = 4\ \text{А} ),$ следовательно, магнитный поток через сердечник постоянен, и $ЭДС$ индукции в левой катушке равна нулю. Поэтому сила тока в левой катушке в этом промежутке равна нулю.
$3)$ Верно. Сила индукционного тока в левой катушке пропорциональна скорости изменения магнитного потока, которая, в свою очередь, пропорциональна скорости изменения тока в правой катушке $$\left(\dfrac{dI_{\text{пр}}}{dt}\right)$$ На участке $1-2\ \text{с}$ модуль скорости изменения тока равен $$\left|\dfrac{4-0}{2-1}\right| = 4\ \text{А/с}$$ На участке $3-5\ \text{с}$ модуль скорости изменения тока равен $$\left|\dfrac{0-4}{5-3}\right| = 2\ \text{А/с}$$ Поскольку $4 > 2,$ модуль силы тока в левой катушке на участке $1-2\ \text{с}$ больше, чем на участке $3-5\ \text{с}.$
$4)$ Неверно. Магнитная индукция в сердечнике пропорциональна силе тока в правой катушке (в отсутствие насыщения). На промежутке $0-2\ \text{с}$ ток меняется от $-4\ \text{А}$ до $4\ \text{А},$ следовательно, магнитная индукция также меняется и не является постоянной минимальной величиной. Минимальное по модулю значение индукции наблюдается в момент $t=1\ \text{с},$ когда ток проходит через ноль.
$5)$ Неверно. На участке $1-2\ \text{с}$ ток в правой катушке линейно возрастает $$\dfrac{dI_{\text{пр}}}{dt} = \text{const}$$ Это означает, что магнитный поток через левую катушку изменяется с постоянной скоростью. Следовательно, $ЭДС$ индукции в левой катушке постоянна. В используемой модели, когда переходными процессами в левой катушке пренебрегают, при постоянном сопротивлении этой цепи индукционный ток также постоянен, а не увеличивается.