Разбор 32 задания ЕГЭ 2020 по физике из демонстрационного варианта. Проверяемые элементы содержания: электродинамика, квантовая физика (расчетная задача).
Квадратная проволочная рамка со стороной l = 10 см находится в однородном магнитном поле с индукцией B. На рисунке изображена зависимость проекции вектора B на перпендикуляр к плоскости рамки от времени.
Какое количество теплоты выделится в рамке за время t = 10 с, если сопротивление рамки R = 0,2 Ом?
Разбор 32 задания ЕГЭ 2020 по физике
При изменении магнитного поля поток вектора магнитной индукции Φ(t) = B(t)S через рамку площадью S = l2 изменяется, что создает в ней ЭДС индукции ε. В соответствии с законом индукции Фарадея
ε = −ΔΦ/Δt = −ΔBn/ΔtS
Эта ЭДС вызывает в рамке ток, сила которого определяется законом Ома для замкнутой цепи:
I = ε/R = −ΔBnS/ΔtR
Согласно закону Джоуля-Ленца за время Δt в рамке выделится количество теплоты
Q = I2RΔt = S2(ΔBn)2/RΔt = l4(ΔBn)2/RΔt
За время Δt1 = t1 = 4 с на первом участке графика ΔB1 = B1 − B0 = 0,6 Тл, а на втором участке Δt2 = t2 − t1 = 6 с и ΔB2 = B2 − B1 = 0,6 Тл, поэтому
суммарное количество выделившейся теплоты
Q = Q1 + Q2 = l4/R[(ΔB1)2/Δt1 + (ΔB2)2/Δt2]
Подставляя сюда значения физических величин, получим:
Q = (0,1)4/0,2[1/4 + 0,36/6] = 10−3/2(0,25 + 0,06) = 0,155 ⋅ 10−3 Дж
Ответ:
0,155 мДж