سوال ۶۹ فیزیک کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت دوم با پاسخ تشریحی

۱. ملاک تعیین جهت جریان
طبق قانون لنز، جریان القایی چنان جهتی دارد که میدان مغناطیسی حاصل از آن با تغییر شار مغناطیسی مخالفت کند. بنابراین هنگام کاهش شار، میدان القایی به حفظ آن کمک می‌کند و هنگام افزایش شار، با افزایش آن مخالفت می‌کند (فیزیک ۲ (ریاضی)، صفحهٔ ۱۱۷).
از طرفی، طبق قاعدهٔ دست راست، از نگاه بالا جریان پادساعتگرد میدان رو به بالا و جریان ساعتگرد میدان رو به پایین ایجاد می‌کند.

۲. حلقهٔ ۱؛ بالای قطب $N$
میدان آهنربا در محل این حلقه رو به بالاست، زیرا خطوط میدان از قطب $N$ خارج می‌شوند. با پایین رفتن آهنربا، قطب $N$ از حلقه دور می‌شود و شار رو به بالای عبوری از حلقه کاهش می‌یابد. طبق قانون لنز، میدان القایی باید رو به بالا باشد تا با این کاهش مخالفت کند؛ پس جریان حلقهٔ ۱ از نگاه بالا پادساعتگرد است.

۳. حلقهٔ ۲؛ در وسط آهنربا
در لحظهٔ نشان‌داده‌شده، حلقه در صفحهٔ میانی و متقارن آهنربا قرار دارد. شار عبوری از حلقه در این موقعیت به مقدار اکسترمم می‌رسد و آهنگ تغییر لحظه‌ای آن صفر است؛ بنابراین:
$\dfrac{d\Phi_2}{dt}=0\quad\Rightarrow\quad \mathcal{E}_2=0\quad\Rightarrow\quad I_2=0$
پس جریان القایی حلقهٔ ۲ در این لحظه صفر است. دقت کنید که علت، صفر بودنِ تغییر لحظه‌ای شار است، نه صفر بودن خود میدان یا شار. بررسی این موقعیت با تمرین عبور حلقه از روی آهنربا و قرار گرفتن آن در وسط آهنربا نیز هم‌خوان است (فیزیک ۲ (ریاضی)، صفحه‌های ۱۲۹–۱۳۰، تمرین ۱۶).

۴. حلقهٔ ۳؛ زیر قطب $S$
میدان آهنربا در محل این حلقه نیز رو به بالاست، زیرا خطوط میدان به سمت قطب $S$ وارد می‌شوند. با نزدیک شدن قطب $S$ به حلقه، شار رو به بالا افزایش می‌یابد. میدان القایی باید رو به پایین باشد تا با این افزایش مخالفت کند؛ بنابراین جریان حلقهٔ ۳ از نگاه بالا ساعتگرد است.

در نتیجه، جهت جریان‌ها به‌ترتیب پادساعتگرد، صفر و ساعتگرد است.

پاسخ: گزینهٔ ۴