Решение

Индуктивность L связана с потокосцеплением Ψ = LI.

Потокосцепление, в свою очередь, может быть определено через поток Ф и число витков N:

Ψ = NФ.

На основании этих формул индуктивность соленоида

.

Энергия магнитного поля соленоида

Подставим в формулы для L и W значения физических величин и произведем вычисления:

2.7. Задачи для контрольных заданий

2.01. В однородном магнитном поле с индукцией B = 0,4 Тл в плоскости, перпендикулярной силовым линиям поля, вращается стержень длиной l = 10 см. Ось вращения проходит через один из концов стержня. Определить разность потенциалов на концах стержня при частоте его вращения n = 16 об/с.

2.02. В однородном магнитном поле с индукцией B = =0,35 Тл равномерно с частотой n = 480 об/мин. вращается рамка, содержащая N = 500 витков площадью S = 50см². Ось вращения лежит в плоскости рамки и перпендикулярна линиям индукции. Определить максимальную ЭДС индукции, возникающую в рамке.

2.03. В проволочное кольцо, присоединенное к баллистическому гальванометру, вставили прямой магнит. По цепи протекло количество электричества 10^-5 Кл. Определить магнитный поток Ф, пересеченный кольцом, если сопротивление цепи гальванометра равно 30 Ом.

2.04. Рамка из провода сопротивлением 0,01 Ом равномерно вращается в однородном магнитном поле с индукцией 0,05 Тл. Ось вращения лежит в плоскости рамки и перпендикулярна линиям индукции. Площадь рамки 100 см². Какое количество электричества протекает через рамку за время поворота ее на угол в следующих трех случаях: 1) от 0 до ; 2) от до ; 3) от до ?

2.05. Тонкий медный проводник массой 1 г согнут в виде квадрата, и концы его замкнуты. Квадрат помещен в однородное магнитное поле (B = 0,1 Тл) так, что плоскость его перпендикулярна линиям индукции поля. Определить количество электричества q, которое протечет по проводнику, если квадрат, потянув за противоположные вершины вытянуть в линию.

2.06. На расстоянии a = 1 м от длинного прямого проводника с током I = 10³А расположено кольцо радиусом r = 1 см. Кольцо расположено так, что поток, пронизывающий кольцо, максимален. Чему равно количество электричества, которое протечет по кольцу, если ток в проводнике будет выключен. Сопротивление кольца R = 10 Ом.

2.07. Соленоид содержит 1000 витков. Сечение сердечника равно 10 см². По обмотке течет ток, создающий поле с индукцией B = 1,5 Тл. Найти среднее значение ЭДС, которая возникнет в соленоиде, если ток уменьшится до нуля за время, равное 5·10⁴ с.

2.08. Проволочное кольцо радиусом r = 10 см лежит на столе. Какое количество электричества протечет по кольцу, если его повернуть с одной стороны на другую? Сопротивление R кольца равно 1 Ом. Вертикальная составляющая индукции B магнитного поля Земли равна 50 мкТл.

2.09. По длинному прямому проводу течет ток. Вблизи провода расположена квадратная рамка из тонкого провода сопротивлением R = 0,02 Ом. Провод лежит в плоскость рамки и параллелен двум ее сторонам, расстояния до которых от провода соответственно равны а₁= 10 см, а₂= 20 см. Найти силу тока в проводе, если при его включении через рамку протекло количество электричества q = 693 мкКл.

2.10. Прямой проводник длиной 10 см помещен в однородное магнитное поле с индукцией B = 1 Тл. Концы проводника замкнуты гибким проводом, находящимся вне поля. Сопротивление всей цепи 0,4 Ом. Какая мощность потребуется для того, чтобы двигать проводник перпендикулярно линиям индукции со скоростью 20 м/с?

2.11. Соленоид сечением 5 cм² содержит 1200 витков. Индукция магнитного поля внутри соленоида при токе, равном 2 А, составляет 0,01 Тл. Определить индуктивность соленоида.

2.12. Источник тока замкнули на катушку с сопротивлением 10 Ом и индуктивностью 1 Гн. Через сколько времени сила тока замыкания достигнет 0,9 предельного значения?

2.13. Цепь состоит из катушки индуктивностью 1 Гн и сопротивлением 10 Ом. Источник тока можно отключить, не разрывая цепи. Определить время, по истечение которого сила тока уменьшится до 0,001 первоначального значения.

2.14. К источнику тока с внутренним сопротивлением 2 Ом была подключена катушка, индуктивность которой 0,5 Гн, а сопротивление 8 Ом. Найти время, в течение которого ток в катушке, нарастая, достигнет значения, отличающегося от максимального на 1 %.

2.15. Соленоид содержит 1000 витков. Сила тока в обмотке соленоида 1 А, магнитный поток Ф = 0,01 Вб. Вычислить энергию магнитного поля.