Краткий ответ
- \(\Delta \varphi = 0{,}45\ \text{В}\).
- При движении от провода ток возникает; ближайшая сторона рамки направлена так же, как ток в прямом проводнике. При движении вдоль провода тока нет.
- \(I \approx 0{,}13\ \text{А}\).
- \(F = 4\cdot10^{-3}\ \text{Н}\), сила направлена по движению перемычки.
Решение
Основные формулы:
\[ \varepsilon = Blv,\qquad I=\frac{\varepsilon}{R},\qquad F_{\text{м}}=BIl. \]
1. Разность потенциалов между концами крыльев
Переведём скорость:
\[ v=1080\ \frac{\text{км}}{\text{ч}}=300\ \frac{\text{м}}{\text{с}}. \]
Так как крылья, скорость самолёта и вертикальная составляющая поля взаимно перпендикулярны:
\[ \Delta\varphi=\varepsilon=Blv. \]
\[ \Delta\varphi=5\cdot10^{-5}\cdot30\cdot300=0{,}45\ \text{В}. \]
Ответ:
\[ \boxed{0{,}45\ \text{В}} \]
2. Рамка около прямого проводника
Магнитное поле прямого проводника уменьшается при удалении от него.
- При движении рамки от провода магнитный поток через рамку уменьшается. Поэтому возникает индукционный ток, создающий магнитное поле в том же направлении, что и поле прямого проводника. Ближайшая к проводу сторона рамки несёт ток в том же направлении, что и ток в проводнике.
- При движении рамки вдоль провода расстояние до него не меняется, поэтому магнитный поток остаётся постоянным. Индукционного тока нет.
3. Ток в цепи
ЭДС индукции:
\[ \varepsilon=Blv=0{,}1\cdot0{,}2\cdot3{,}2=0{,}064\ \text{В}. \]
Сопротивление медной перемычки:
\[ R_{\text{п}}=\rho\frac{l}{S}, \]
где для меди
\[ \rho=0{,}017\ \frac{\Omega\cdot\text{мм}^2}{\text{м}}. \]
Тогда
\[ R_{\text{п}}=0{,}017\cdot\frac{0{,}2}{0{,}017}=0{,}2\ \Omega. \]
Общее сопротивление цепи:
\[ R_{\Sigma}=R+R_{\text{п}}=0{,}3+0{,}2=0{,}5\ \Omega. \]
Сила тока:
\[ I=\frac{\varepsilon}{R_{\Sigma}} =\frac{0{,}064}{0{,}5} =0{,}128\ \text{А}. \]
\[ \boxed{I\approx0{,}13\ \text{А}} \]
4. Сила, необходимая для равномерного движения
ЭДС индукции:
\[ \varepsilon=Blv=0{,}2\cdot0{,}2\cdot5=0{,}2\ \text{В}. \]
Сила тока:
\[ I=\frac{\varepsilon}{R}=\frac{0{,}2}{2}=0{,}1\ \text{А}. \]
Магнитная сила, тормозящая перемычку:
\[ F_{\text{м}}=BIl =0{,}2\cdot0{,}1\cdot0{,}2 =0{,}004\ \text{Н}. \]
Чтобы перемычка двигалась равномерно, внешняя сила должна быть равна этой силе и направлена по движению:
\[ \boxed{F=4\cdot10^{-3}\ \text{Н}} \]
Проверка по энергии:
\[ Fv=0{,}004\cdot5=0{,}02\ \text{Вт}, \qquad I^2R=0{,}1^2\cdot2=0{,}02\ \text{Вт}. \]
