Задачи › Самоиндукция, энергия магнитного поля

Работа по введению стержня в сверхпроводящую катушку

  1. Работа по введению стержня в сверхпроводящую катушку

    «Шаг в будущее» 2017/18, 11 кл.
    7/10

    Длинная сверхпроводящая цилиндрическая катушка индуктивности \(L\) и радиуса \(R\), по которой течёт ток \(I\), замкнута накоротко. Витки катушки намотаны плотно, так что можно считать, что поле внутри катушки однородно. Какую работу нужно совершить, чтобы внести в катушку из бесконечности сверхпроводящий цилиндрический стержень, радиус которого равен \(R/2\), а длина равна длине катушки? Оси катушки и стержня параллельны.

    ▶Показать разборСкрыть разбор
    Подсказка

    В сверхпроводящем контуре полный магнитный поток сохраняется. Внесение стержня уменьшает площадь, через которую проходит поток, и меняет индуктивность.

    Ответ

    \(A = \dfrac{LI^2}{6}\).

    Решение

    Искомая работа, равная разности энергий магнитного поля катушки после и до внесения в неё стержня, может быть найдена по формуле \[A = \frac{\Phi^2}{2}\left(\frac{1}{L_1} - \frac{1}{L}\right),\] где \(L_1 = L\left(1 - \dfrac{1}{2^2}\right)\) — индуктивность катушки со стержнем (поток \(\Phi = LI\) сохраняется). Тогда работа, которую нужно совершить, чтобы внести в катушку сверхпроводящий стержень, равна \[A = \frac{L I^2}{2(2^2 - 1)} = \frac{LI^2}{6}.\]

    Вся олимпиада на сайте

    Страница задачиОшибка в задаче?

Похожие задачи