Ha egy függőlegesen tartott, $80\ \mathrm{cm}$ hosszúságú rézcső felső végébe alumínium golyót ejtünk, akkor az $\approx 0,4\ \mathrm{m\small á\normalsize sodperc}$ alatt kiesik a cső alsó végén. Ha a kísérletet megismételjük oly módon, hogy a csőbe egy kicsiny, de erős mágnest ejtünk, akkor azt tapasztaljuk, hogy a mágnes csak $4\ \mathrm{m\small á\normalsize sodperc}$ múlva éri el a cső alsó végét.
Magyarázza meg, hogy miért! (A cső és a benne eső testek közötti súrlódás mindkét kísérletnél elhanyagolható.)
(A feladat értékelésekor minden részpontszám bontható.)
Az elektromágneses indukcióra hivatkozás:
A lefelé mozgó mágnes miatt a rézcső mágneshez közeli részein változó mágneses mező jelenik meg. A változó mágneses mező örvényes elektromos mezőt hoz léte.
6 pont
(Ha a jelölt a mozgási indukcióra hivatkozik, ez csak akkor fogadható el teljes értékű megoldásként, ha megemlíti a cső relatív mozgását a mágneshez képest. A indukálódott elektromos mező pontos jellemzése a mágnes alatt és felett nem szükséges, elég kimondani, hogy létrejött.
A keletkező elektromos tér említése megfelelő indoklás nélkül: 3 pont.)
Az indukált áramra való hivatkozás:
Az (örvényes) elektromos mező hatására a rézcsőben (örvény)áramok indukálódnak.
4 pont
(Az indukált áramok megjelenésére való bármilyen hivatkozás esetén megadható a 4 pont.)
A Lenz-törvényre való hivatkozás:
Az (örvény)áramok iránya a Lenz‑törvény alapján olyan, hogy hatásukkal akadályozzák az indukciót kiváltó hatást/változást. Ennek megnyilvánulásaként az örvényáramok olyan irányú mágneses erővel hatnak a mozgó mágnesre, amely akadályozza annak mozgását.
7 pont
(Ha a jelölt a jelenséget pontosan értelmezi, de a Lenz‑törvényt nem mondja ki, a 7 pont megadható.)
Az áthaladás idejének értelmezése:
A fékező mágneses erő fellépése miatt a rézcsőbe ejtett mágnes nem szabadeséssel mozog, áthaladása a szabadesés idejénél jóval több időt vehet igénybe.
3 pont
(Ha a jelölt bármilyen formában kimondja, hogy a fellépő erő miatt a mágnes lassabban esik, a 3 pont megadható.)
Összesen: 20 pont