Az ábrának megfelelően felfüggesztett rézkarikába mágnest tolunk. Amikor a mágnes déli pólusát betoljuk a karikába, a karika a mágnes mozgásának irányában elmozdul. A mágnest mozdulatlanul tartva megvárjuk, amíg a rézkarika mozgása megszűnik. Ekkor kihúzzuk a mágnest, és azt tapasztaljuk, hogy a karika ismét mozgásba lendül. Mozgásának iránya az előbbivel ellentétes, a mágnes mozgásának irányát követi.
a) Mi a jelenség magyarázata? Miért mozdul meg a rézkarika?
A mágnesrúd betolásakor a karikában a változó mágneses tér áramot indukál.
A karikára, mint áramjárta vezetőre, a mágneses térben erő hat, ezért mozdul meg a karika.
a) Annak felismerése, hogy a jelenség létrejöttének oka az indukció:
4 pont
(bontható)
A mágnesrúd betolásakor a karikában a változó mágneses tér áramot indukál (2 pont).
A karikára, mint áramjárta vezetőre, a mágneses térben erő hat (2 pont), ezért mozdul meg a karika.
b) Mi magyarázza a rézkarika mozgásának irányát?
Lenz törvényének értelmében a karika mint áramjárta vezetőhurok által gerjesztett mágneses tér olyan, hogy az a közeledő mágnest taszítja. Ezért a karika a közeledő mágnes mozgásával azonos irányban mozdul ki. Amikor a mágnest kihúzzuk, azaz távolítjuk, a karikában indukált áram mágneses tere vonzza a mágnest, tehát a karika ismét a mágnes mozgásának irányában mozdul ki.
b) A karika mozgásirányának értelmezése a Lenz‑törvény segítségével:
6 pont
(bontható)
Lenz törvényének (2 pont) értelmében a karika mint áramjárta vezetőhurok által gerjesztett mágneses tér olyan, hogy az a közeledő mágnest taszítja (2 pont). Ezért a karika a közeledő mágnes mozgásával azonos irányban mozdul ki. Amikor a mágnest kihúzzuk, azaz távolítjuk, a karikában indukált áram mágneses tere vonzza a mágnest (2 pont), tehát a karika ismét a mágnes mozgásának irányában mozdul ki.
c) Amikor a mágnest betoljuk a karikába és megvárjuk, hogy a rézkarika mozgása megszűnjön, milyen helyzetben kerül egyensúlyba a karika?
Amikor a mágnes betolása után minden mozgás megszűnt, a karika az eredeti helyzetében maradt lógva, mivel mozgás, változás híján a karikában már nem folyik áram, így nincs kitérítő erő.
c) A karika egyensúlyi helyzetének elemzése a mágnes betolása után:
6 pont
(bontható)
Amikor a mágnes betolása után minden mozgás megszűnt, a karika az eredeti helyzetében maradt lógva (2 pont), mivel mozgás, változás híján a karikában már nem folyik áram (2 pont), így nincs kitérítő erő (2 pont).
d) Mi történik, ha a kísérletet úgy végezzük el, hogy a mágnest megfordítjuk, és az északi pólusát mozgatjuk a karikában?
Ha a mágnest fordítva, az északi pólusával toljuk be a karikába, a jelenség szemre pontosan ugyanúgy zajlik le, ahogy előzőleg. Természetesen ilyenkor a karikában indukálódó áramok iránya ellentétes az előző kísérletben létrejövő áramokéval.
d) Annak elemzése, hogy mi történik másképp, ha a mágnes északi pólusát toljuk a karikába:
4 pont
(bontható)
Ha a mágnest fordítva, az északi pólusával toljuk be a karikába, a jelenség szemre pontosan ugyanúgy zajlik le, ahogy előzőleg (2 pont). Természetesen ilyenkor a karikában indukálódó áramok iránya ellentétes (2 pont) az előző kísérletben létrejövő áramokéval.
Összesen: 20 pont