Примером применения на практике силы, действующей на провод с током в

Примером применения на практике силы, действующей на провод с током в магнитном поле, может служить
 (*ответ*) электродвигатель
 подъемный кран, поднимающий металлолом с помощью электромагнита
 звукозаписывающая головка магнитофона
 спираль лампы накаливания
Проволочное кольцо покоится в магнитном поле, линии индукции которого перпендикулярны плоскости кольца. В первый промежуток времени проекция вектора магнитной индукции на некоторую фиксированную ось линейно растет от В0 до 5В0, во второй — за то же время уменьшается от 5В0 до 0, затем за третий такой же промежуток времени уменьшается от 0 до –5В0: Направление тока в кольце совпадают на следующих отрезках времени
 (*ответ*) 1 и 3
 1 и 2
 2 и 3
 на всех отрезках
Протон, влетевший со скоростью v в однородное магнитное поле перпендикулярно вектору индукции В, вращается по окружности радиуса R с периодом Т. Радиус обращения ядра атома гелия, влетевшего таким же образом в это магнитное поле, будет равен _ R
 (*ответ*) 2
 4
 1/2
 1/4
Протон, влетевший со скоростью v в однородное магнитное поле перпендикулярно вектору индукции В, вращается по окружности радиуса R с периодом Т. Период обращения ядра атома гелия, влетевшего таким же образом в это магнитное поле, будет равен _ Т
 (*ответ*) 2
 4
 1/2
 1/4
Сила Лоренца не действует на заряженную частицу, если она движется _ индукции
 (*ответ*) вдоль линий
 перпендикулярно линиям
 по окружности относительно линий
 под углом к линиям
Сила Лоренца сообщает частице, летящей в магнитном поле
 (*ответ*) центростремительное ускорение
 тангенциальное ускорение
 линейную скорость
 путевую скорость

Сила Лоренца, действующая на электрон, движущийся со скоростью 107 м/с по окружности в однородном магнитном поле с магнитной индукцией 0,5 Тл, равна _ Н
 (*ответ*) 8·10 –13
 5·106
 0
 8·10 –11
Угол между проводником с током и направлением вектора магнитной индукции однородного магнитного поля увеличивается от 30 до 90°. Сила Ампера при этом
 (*ответ*) возрастает в 2 раза
 убывает 2 раза
 не изменяется
 убывает до 0
Устройством, в котором используется явление возникновения силы, действующей на проводник в магнитном поле, при прохождении через проводник электрического тока, является
 (*ответ*) электродвигатель
 реостат
 металлоискатель
 электрочайник
Ферромагнетики, у которых остаточная намагниченность велика, называют магнитно
 (*ответ*) жесткими
 мягкими
 проводящими
 непроводящими
Ферромагнетики, у которых после выключения внешнего магнитного поля остается небольшая намагниченность, называют магнитно-
 (*ответ*) мягкими
 жесткими
 проводящими
 непроводящими
Частица с электрическим зарядом 1,6 • 10–19 Кл движется в однородном магнитном поле с индукцией 2 Тл со скоростью 100 000 км/с, вектор скорости направлен под углом 30° к вектору индукции. Магнитное поле действует на частицу с силой _ Н
 (*ответ*) 1,6 • 10–11
 1,6 • 10–14
 6,4 • 10–11
 1,6 • √3 • 10–11

Ответов: 1 | Категория вопроса: Подготовка к ЕГЭ

Fizika_с ответами — Стр 5

-: отклонение магнитной стрелки вблизи проводника с током

-: возникновение силы, действующей на движущуюся заряженную частицу в магнитном поле

I:

S: Неподвижный виток провода находится в магнитном поле и своими концами замкнут на амперметр. Значение магнитной индукции поля изменяется с течением времени согласно графику на рисунке. Амперметр покажет наличие электрического тока в витке в промежуток времени:

-: 2–4 с.

-: 1–2 с.

-: 2–3 с.

+: 1–3 с.

I:

S: ЭДС индукции, генерируемая в покоящейся рамке, зависит только от:

-: направления вектора магнитной индукции

-: модуля вектора магнитной индукции

-: потока вектора магнитной индукции

+: скорости изменения потока вектора магнитной индукции

I:

S: За 5 с. магнитный поток, пронизывающий проволочную рамку, увеличился от 3 до 8 Вб. При этом значение ЭДС индукции в рамке равно:

-: 0,6 В.

+: 1 В.

-: 1,6 В.

-: 25 В.

I:

S: Постоянный магнит вводят в замкнутое алюминиевое кольцо на тонком длинном подвесе (рис.). Первый раз – северным полюсом, второй раз – южным полюсом. При этом:

— : в первом опыте кольцо притягивается к магниту, во втором – кольцо отталкивается от магнита

-: в первом опыте кольцо отталкивается от магнита, во втором – кольцо притягивается к магниту

-: в обоих опытах кольцо притягивается к магниту

+: в обоих опытах кольцо отталкивается от магнита

I:

S: Около полосы медной фольги с большой частотой меняют магнитное поле, вектор индукции которого направлен перпендикулярно пластине. В пластине возникает ток:

-: направленный вдоль полосы

-: направленный поперек полосы

-: идущий по окружности в одном направлении

+: идущий по окружности и периодически меняющий направление

I:

S: На сердечник в виде сплошной массивной рамки из стали квадратного сечения (рис.) намотана катушка из изолированного проводника и надето кольцо. Вихревое электрическое поле при пропускании по катушке периодически меняющегося тока возникает:

-: только вдоль стержней сердечника

-: только внутри стержней сердечника поперек его сечения

-: только в кольце по его периметру

+: в кольце по периметру и в сердечнике поперек его сечения

I:

S: Примером применения на практике силы, действующей на провод с током в магнитном поле, может служить:

-: подъемный кран, поднимающий металлолом с помощью электромагнита

+: электродвигатель

-: звукозаписывающая головка магнитофона

-: спираль лампы накаливания

I:

S: Устройство, в котором используется явление возникновения силы, действующей на проводник в магнитном поле, при прохождении через проводник электрического тока — это:

-: реостат

-: металлоискатель

+: электродвигатель

-: электрочайник

I:

S: Два параллельных проводника, по которым течет ток в одном направлении, притягиваются. Это объясняется тем, что:

-: токи непосредственно взаимодействуют друг с другом

-: электрические поля зарядов в проводниках непосредственно взаимодействуют друг с другом

-: магнитные поля токов непосредственно взаимодействуют друг с другом

+: магнитное поле одного проводника с током действует на движущиеся заряды во втором проводнике

I:

S: Угол между проводником с током и направлением вектора магнитной индукции однородного магнитного поля увеличивается от 30 до 90°. Сила Ампера при этом:

+: возрастает в 2 раза

-: убывает 2 раза

-: не изменяется

-: убывает до 0

I:

S: Магнитный поток через замкнутый виток, помещенный в однородное магнитное поле, зависит:

-: только от модуля вектора магнитной индукции

-: только от угла между вектором магнитной индукции и плоскостью витка

-: только от площади витка

+: от всех перечисленных факторов

I:

S: Сила Лоренца, действующая на электрон, движущийся со скоростью 10⁷ м/с по окружности в однородном магнитном поле с магнитной индукцией 0,5 Тл, равна:

+: 8∙10^–13Н.

-: 5∙10⁶Н.

-: 0 Н.

-: 8∙10^–11Н.

I:

S: На рисунке представлена электрическая схема. В какой лампе после замыкания ключа сила тока позже достигнет своего максимального значения:

-: в 1-й

-: во 2-й

+: в 3-й

-: во всех одинаково

I:

S: На рисунке изображен проволочный виток, по которому течет электрический ток в направлении, указанном стрелкой. Виток расположен в плоскости чертежа. В центре витка вектор индукции магнитного поля тока направлен:

+: к нам перпендикулярно плоскости чертежа

-: от нас перпендикулярно плоскости чертежа

-: вправо

-: влево

I:

S: На рисунке изображен проволочный виток, по которому течет электрический ток в направлении, указанном стрелкой. Виток расположен в горизонтальной плоскости. В центре витка вектор индукции магнитного поля тока направлен:

-: вертикально вверх

-: влево

-: вправо

+: вертикально вниз

I:

S: Квадратная рамка из тонкого провода со стороной квадрата b находится в однородном магнитном поле, перпендикулярном плоскости рамки. Индукция поля растет за время t по линейному закону от 0 до максимального значения В_тaк. Если b увеличить в 2 раза, то ЭДС индукции

-: не изменится

-: увеличится в 2 раза

-: уменьшится в 2 раза

+: увеличится в 4 раза

I:

S: Если все проводники с одинаковым током I, лежат в одной плоскости, параллельны друг другу и расстояния между соседними проводниками одинаковы, то сила Ампера, действующая на проводник 1 со стороны двух других направлена:

-: к нам

-: от нас

-: вверх

+: вниз

I:

S: При движении проводника в однородном магнитном поле в проводнике возникает ЭДС индукции E₁. При уменьшении скорости движения проводника в 2 раза ЭДС индукции E₂ будет равна:

-: 2 E₁,

-: E₁

+: 0,5 E₁

-: 0,25 E₁

I:

S: На рисунке приведена демонстрация опыта по проверке правила Ленца. Опыт проводится со сплошным кольцом, а не разрезанным, потому что:

-: сплошное кольцо сделано из стали, а разрезанное – из алюминия

-: в разрезанном кольце возникает вихревое электрическое поле, а в сплошном – нет

+: в сплошном кольце возникает индукционный ток, а в разрезанном – нет

-: в сплошном кольце возникает ЭДС индукции, а в разрезанном – нет

V2: 5.4. Переменный электрический ток

I:

S: При увеличении силы тока в катушке энергия магнитного поля катушки увеличилась в 4 раза. Магнитный поток через катушку индуктивности:

-: увеличился в 4 раза

-: уменьшился в 4 раза

+: увеличился в 2 раза

-: остался прежним

I:

S: Заряженный конденсатор замыкают на катушку. Активное сопротивление проводов и катушки ничтожно. Заряд на положительно заряженной пластине конденсатора:

-: монотонно возрастет до некоторого максимального значения

-: монотонно спадет до нуля

-: будет колебаться от начального значения до нуля и обратно

+: будет колебаться от начального значения до противоположного, периодически меняя знак

I:

S: Период собственных колебаний контура, если его индуктивность увеличить в 20 раз, а емкость уменьшить в 5 раз:

+: увеличится в 2 раза

-: уменьшится в 2 раза

-: увеличится в 4 раза

-: уменьшится в 4 раза

I:

S: По участку цепи сопротивлением R идет переменный ток, меняющийся по гармоническому закону. В некоторый момент времени действующее значение напряжения на этом участке цепи уменьшили в 2 раза, а его сопротивление уменьшили в 4 раза. При этом мощность тока:

-: уменьшилась в 4 раза

-: уменьшилась в 8 раз

+: не изменилась

-: увеличилась в 2 раза

I:

S: Сила тока через резистор меняется по закону I = 36 sin(128t). Действующее значение силы тока в цепи равно:

-: 36 А.

-: 72 А.

-: 128 А.

+: 25 А.

I:

S: Если сила тока в электрической лампочке, питаемой от генератора переменного тока, меняется с течением времени согласно графику ни рисунке, то период колебаний напряжения на клеммах лампы равен:

-: 0,01 мс.

-: 0,02 мс.

+: 0,04 мс.

-: 25 мс.

I:

S: Напряжение на концах первичной обмотки трансформатора 110 В, сила тока в ней 0,1 А. Напряжение на концах вторичной обмотки 220 В, сила тока в ней 0,04 А. КПД трансформатора равен:

-: 120%

-: 93%

+: 80%

-: 67%

I:

S: Согласно теории Максвелла электромагнитные волны излучаются:

-: только при равноускоренном движении по прямой

-: только при гармонических колебаниях заряженных частиц

-: только при равномерном движении заряженных частиц по окружности

+: при любом движении заряженных частиц с ускорением

I:

S: В первых экспериментах были измерены длина волны  = 50 см. и частота излучения  = 500 МГц. На основе этих неточных данных было получено значение скорости света в воздухе, равное примерно:

-: 100 000 км/с

-: 200 000 км/с

+: 250 000 км/с

-: 300 000 км/с

I:

S: Скорость распространения гамма-излучения в вакууме:

+: равна 3·10⁸ м/с

-: равна 3·10² м/с

-: зависит от частоты

-: зависит от энергии

I:

S: При прохождении электромагнитных волн в воздухе происходят колебания:

-: молекул воздуха

-: плотности воздуха

+: напряженности электрического и индукции магнитного полей

-: концентрации кислорода

I:

S: Длина электромагнитной волны в воздухе равна 6 10^–7 м., Частота колебаний вектора напряженности электрического поля в этой волне:

-: 10¹⁴ Гц.

+: 5·10¹⁴ Гц.

-: 10¹³ Гц.

-: 5·10¹³ Гц.

I:

S: Амплитудная модуляция высокочастотных электромагнитных колебаний в радиопередатчике используется для:

-: увеличения мощности радиостанции

+: изменения амплитуды высокочастотных колебаний со звуковой частотой

-: изменения амплитуды колебаний звуковой частоты

-: задания определенной частоты излучения данной радиостанции

I:

S: Напряжение на выходных клеммах генератора меняется по закону U(t) = 280cos(100t). Действующее значение напряжения в этом случае равно:

-: 396 В.

-: 280 В.

+: 200 В.

-: 100 В.

I:

S: При работе радиолокатора используется физическое явление:

+: отражения электромагнитных волн

-: преломления электромагнитных волн

-: интерференции электромагнитных волн

-: дифракции электромагнитных волн

I:

S: В однородном магнитном поле находится рамка, по которой течет ток (рис.). Под действием магнитного поля рамка:

-: растягивается в разные стороны

-: сжимается

-: смещается вправо

+: вращается вокруг оси

I:

S: При развитии теле- и радиосвязи неизбежно возникает экологическая проблема в связи с:

-: строительством высотных башен

-: разработкой высокочастотных радиопередатчиков

-: обеспечением чистоты приема радиосигнала;

+: защитой живых организмов от электромагнитных излучений

I:

S: Согласно одному из постулатов специальной теории относительности в инерциальных системах отсчета при одинаковых начальных условиях одинаково протекают:

-: только механические явления

-: только электрические явления

-: только оптические явления

+: любые физические явления

I:

S: При распространении электромагнитной волны в вакууме

-: происходит только перенос энергии

-: происходит только перенос импульса

+: происходит перенос и энергии, и импульса

-: не происходит переноса ни энергии, ни импульса

I:

S: На рисунке показаны два способа вращения рамки в однородном магнитном поле. Ток в рамке:

-: возникает в обоих случаях

-: не возникает ни в одном из случаев

+: возникает только в первом случае

-: возникает только во втором случае

V1: 6. Оптика

V2: 6.1. Геометрическая оптика

I:

S: Примером явления, доказывающего прямолинейное распространение света, может быть:

-: образование прямого следа в ясном небе от реактивного самолета

+: существование тени от дерева

-: мираж над пустыней

-: постоянство расположения Полярной звезды на небосклоне в течение ночи

I:

S: Солнце садится за горизонт и отражается в озере. При этом:

-: угол падения лучей на поверхность озера увеличивается, а угол отражения уменьшается

-: угол падения лучей на поверхность озера и угол отражения уменьшаются

+: угол падения лучей на поверхность озера и угол отражения увеличиваются

-: угол падения лучей на поверхность озера уменьшается, а угол отражения увеличивается

I:

S: Из отраженных лучей на рисунке соответствует закону отражения луч:

-: 1

-: 2

+: 3

-: 4

I:

S: Если  – угол падения,  – угол отражения, то согласно закону отражения:

+:  =

-: sincos п

-: sincos

-:  п

I:

S: Если расстояние от плоского зеркала до предмета равно 10 см., то расстояние от этого предмета до его изображения в зеркале равно:

-: 5 см.

-: 10 см.

+: 20 см.

-: 30 см.

I:

S: Показатель преломления стекла больше показателя преломления воды. При переходе из воды в стекло угол преломления:

-: больше угла падения

+: меньше угла падения

-: равен углу падения

-: может быть и больше, и меньше угла падения, в зависимости от угла падения

I:

S: Луч, параллельный оптической оси, после прохождения через рассеивающую линзу пойдет так, что:

-: будет параллелен оптической оси

-: пересечет оптическую ось линзы на расстоянии, равном фокусному расстоянию

-: пересечет оптическую ось линзы на расстоянии, равном двум фокусным расстояниям

+: его продолжение пересечет оптическую ось на расстоянии, равном фокусному

I:

S: На рисунке показан ход лучей от точечного источника света А через тонкую линзу. Фокусное расстояние линзы равно:

+: 5,6 см.

-: 6,4 см.

-: 10 см.

-: 13 см.

I:

S: От удаленного предмета с помощью собирающей линзы получено изображение на экране, удаленном от линзы на расстояние d. Фокус линзы примерно равен:

-: d2

+: d

-: 3d2

-: 2d

I:

S: Предмет расположен от собирающей линзы на расстоянии, меньшем фокусного расстояния. Изображение предмета:

+: мнимое и прямое

-: действительное и прямое

-: действительное и перевернутое

-: мнимое и перевернутое

I:

S: Человек с нормальным зрением рассматривает предмет невооруженным глазом. На сетчатке глаза изображение предметов получается:

-: увеличенным прямым

-: увеличенным перевернутым

-: уменьшенным прямым

+: уменьшенным перевернутым

I:

S: Угол между падающим на плоское зеркало и отраженным от него лучами при увеличении угла падения на 10°:

-: не изменится

-: увеличится на 5°

-: увеличится на 10°

+: увеличится на 20°

I:

S: Расстояние от карандаша до его изображения в плоском зеркале было равно 50 см. Карандаш отодвинули от зеркала на 10 см. Расстояние между карандашом и его изображением стало равно:

-: 40 см.

-: 50 см.

-: 60 см.

+: 70 см.

I:

S: Правильно показывает ход луча в тонкой собирающей линзе луч:

-: 1

+: 2

-: 3

-: 4

I:

S: В плоском зеркале изображение:

-: прямое, увеличенное, действительное

-: прямое, неувеличенное, действительное

+: прямое, неувеличенное, мнимое

-: перевернутое, неувеличенное, мнимое

I:

S: В дверном глазке вы наблюдаете прямое, уменьшенное, мнимое изображение человека, на каком бы он расстоянии ни стоял. Это означает, что дверной глазок представляет из себя:

+: двояковогнутую линзу

-: двояковыпуклую линзу

-: плосковыпуклую линзу

-: плоскую пластину

I:

S: Для получения в собирающей линзе изображения, равного по величине предмету, предмет должен располагаться:

-: в фокусе линзы

+: в двойном фокусе линзы

-: между фокусом и линзой

-: между фокусом и двойным фокусом линзы

I:

S: Чтобы получить действительное, увеличенное, перевернутое изображение в собирающей линзе, предмет надо расположить:

-: в фокусе линзы

-: в двойном фокусе линзы

-: между фокусом и линзой

+: между фокусом и двойным фокусом линзы

I:

S: На каком рисунке правильно изображено отражение карандаша в зеркале:

-: на рисунке 1

-: на рисунке 2

-: на рисунке 3

+: на рисунке 4

I:

S: Согласно законам геометрической оптики луч света:

-: распространяется прямолинейно в любой среде

-: отражается от границ так, что угол отражения больше или равен углу падения

-: при переходе в более плотную среду угол преломления больше угла падения

+: на границе раздела двух сред лучи падающий, преломленный и отражённый лежат в одной плоскости

I:

S: Угол падения света на горизонтально расположенное плоское зеркало равен 30°. Если повернуть зеркало на 10° так, как показано на рисунке штриховой линией, то угол отражения света будет:

-: 40°

-: 30°

+: 20°

-: 10°

I:

S: Пройдя некоторую оптическую систему, параллельный пучок света поворачивается на 90° (см. рис.). Оптическая система представляет собой:

-: собирающую линзу

-: рассеивающую линзу

+: плоское зеркало

-: матовую пластинку

I:

S: Оптический прибор, преобразующий параллельный световой пучок А в расходящийся пучок С, обозначен на рисунке квадратом. Этот прибор является:

+: линзой

-: призмой

-: зеркалом

-: плоско-параллельной пластиной

I:

S: Луч света падает на плоское зеркало. Угол отражения равен 12°. Угол между падающим лучом и отраженным:

-: 12°

+: 24°

-: 102°

-: 78°

V2: 6.2. Волновая оптика

I:

S: При наблюдении звезд в телескоп две близкие звезды становится трудно различить вследствие:

+: дифракции

-: преломления

-: дисперсии

-: поляризации

I:

S: Инфракрасное излучение воздействуя на живой организм:

-: вызывает фотоэффект

-: охлаждает облучаемую поверхность

+: нагревает облучаемую поверхность

-: способствует загару

I:

S: Скорость света в стекле с показателем преломления n = 1,5, примерно равна:

-: 200 000 м/с

+: 200 000 км/с

-: 300 000 км/с

-: 450 000 км/с

I:

S: Просветление объективов оптических систем основано на явлении:

+: интерференции света

-: дисперсии света

-: поляризации света

-: дифракции света

I:

S: В трех опытах на пути светового пучка ставились экраны с малым отверстием, экраны с широким отверстием и с тонкой нитью, пересекающей центр широкого отверстия. Явление дифракции происходит:

-: только в опыте с малым отверстием в экране

-: только в опыте с тонкой нитью

-: только в опыте с широким отверстием в экране

+: во всех трех опытах

I:

S: Лучи от двух лазеров длинами световых волн  и 2 поочередно направляются перпендикулярно плоскости дифракционной решетки с периодом 25,. Расстояние между нулевым и первым дифракционным максимумами на удаленном экране:

-: в обоих случаях одинаково

+: во втором случае в 2 раза больше

-: во втором случае в 2 раза меньше

-: во втором случае в 4 раза больше

I:

S: Доказательством поперечности световой волны служит:

-: дифракция

-: интерференция

-: дисперсия

+: поляризация

I:

S: Разложение белого света в спектр при прохождении через призму обусловлено:

-: интерференцией света

-: отражением света

+: дисперсией света

-: дифракцией света

I:

S: Параллельные лучи от лазеров с зеленым и красным светом излучения падают на переднюю грань призмы в плоскости, перпендикулярной граням призмы (рис.), и выходят через противоположную грань. После падения на призму эти лучи:

+: пересекутся

-: разойдутся

-: будут идти параллельно

-: ответ зависит от преломляющего угла призмы

I:

S: Из материальных объектов может двигаться со скоростью, большей скорости света:

-: субсветовой электрон относительно другого субсветового электрона, движущегося навстречу первому

-: протон в ускорителе относительно ускорителя

-: электромагнитная волна относительно движущегося источника света

+: ни один из материальных объектов

I:

S: В некоторой системе отсчета с одинаковыми скоростями 100 000 км/с движутся навстречу друг другу две светящиеся кометы. Скорость света, испущенного первой кометой относительно другой кометы, равна:

-: 400 000 км/с

-: 100 000 км/с

+: 300 000 км/с

-: 180 000 км/с

I:

S: Одинаковые опыты по наблюдению спектра водорода выполнялись в одинаковых лабораториях – на Земле и в космическом корабле, движущемся относительно Земли с постоянной скоростью. Наблюдаемые спектры:

+: одинаковы

-: существенно различны

-: сходны, но спектральные линии смещены

-: сходны, но ширина спектральных линий различна

I:

S: Формулы специальной теории относительности необходимо использовать при описании движения:

-: только микроскопических тел, скорости которых близки к скорости света

-: только макроскопических тел, скорости которых близки к скорости света

+: любых тел, скорости которых близки к скорости света

-: любых тел, движущихся с любой скоростью

I:

S: С помощью волновой теории света можно количественно описать:

-: только фотоэффект

-: только фотохимическое действие света

-: фотоэффект и фотохимическое действие света

+: ни фотоэффект, ни фотохимическое действие света

Действие магнитного поля на проводник с током. Видеоурок. Физика 11 Класс

На прошлом уроке мы выяснили, что вокруг проводника с током существует магнитное поле, линии которого замкнуты (рис. 1).

Рис. 1. Линии магнитного поля проводника с током

Опытным путем мы установили, что направление линий магнитного поля вокруг проводника напрямую связано с направлением электрического тока в проводнике и для определения этого направления можно использовать или правило правой руки, или «правило буравчика».

Проведя эксперименты, мы увидели, что небольшой виток из проводника, по которому пропущен электрический ток, то есть виток с током, ведет себя в магнитном поле подобно магнитной стрелке. На виток действует вращающий момент сил, который заставляет разворачиваться его таким образом, чтобы линии магнитного поля пронизывали плоскость витка под прямым углом (рис. 2).

Рис. 2. Действие линий магнитного поля на виток

При этом мы выяснили, что такой виток с током можно использовать для анализа силовых свойств магнитного поля, и ввели физическую величину, которая определяет силовые свойства магнитного поля – это индукция. Единица ее измерения – тесла:

 – индукция магнитного поля

Проведя ряд экспериментов, Андре-Мари Ампер выяснил: два прямых параллельных проводника с током притягиваются друг к другу, если по ним протекают однонаправленные токи, то есть токи одного направления (рис. 3).

Рис. 3. Однонаправленные токи

Эти же проводники с током отталкиваются, если по ним протекают токи противоположных направлений (рис. 4).

Рис. 4. Разнонаправленные токи

Анализ проведенных экспериментов позволил Амперу вывести свой знаменитый закон взаимодействия токов: сила взаимодействия двух параллельных проводников с током пропорциональна произведению величин токов в этих проводниках на длину проводников и обратно пропорциональна расстоянию между проводниками.

Кроме того, мы выяснили, что проводники с током оказывают магнитное действие, а проводник, скрученный в катушку (соленоид), ведет себя подобно постоянному плоскому магниту (рис. 5).

Рис. 5. Соленоид

Определить полярность такого магнита также можно по правилу правой руки (рис. 6): «Если обхватить соленоид ладонью правой руки и направить четыре пальца по направлению тока в нем, то отставленный на 90° большой палец будет указывать направление линий магнитного поля внутри соленоида».

Рис. 6. Определение полярности магнита по правилу правой руки

Теперь ответим на следующий вопрос: почему именно так взаимодействуют параллельные проводники с током? И откуда берется момент сил, заставляющий виток с током разворачиваться между полюсами магнита?

Чтобы исследовать влияние магнитного тока на проводник с током, необходимо проделать ряд опытов. Для этого мы собрали установку: проводник с током, который помещен между полюсами дугообразного магнита, причем магнит расположен таким образом, чтобы линии магнитного поля, создаваемые им, были направлены снизу вверх, то есть от северного полюса магнита к южному (рис. 7).

Рис. 7. Расположение проводника с током между полюсами магнита

Проводник при помощи системы проводов мы подключим к источнику тока так, чтобы при замыкании источника ток в проводнике протекал в направлении данной стрелки (рис. 8).

Рис. 8. Направление тока

Рис. 9. Готовая установка

Посмотрим, что будет, если просто замкнуть цепь (рис. 10).

Рис.10. Проводник отклонился от своего начального положения

Видим, что проводник при пропускании по нему электрического тока отклонился от своего начального положения, как бы втягиваясь внутрь дугообразного магнита. Теперь посмотрим, как будет вести себя проводник, если изменить направление тока в нем (клеммы «+» и «-» на источнике меняем местами) и замкнуть цепь (рис. 11).

Рис. 11. Движение проводника при смене направления тока

Мы видим, что проводник снова отклоняется от своего начального положения, но при этом он как бы выталкивается из пространства между полюсами магнита.

Итак, мы можем сделать вывод, что магнитное поле на помещенный в него проводник с током действует с некоторой силой. Направление этой силы зависит от направления тока в проводнике. Но возникает вопрос: только ли от направления тока в проводнике она зависит?

Чтобы ответить на этот вопрос, сделаем следующий шаг: оставим направление тока таким же, каким оно было в последнем опыте, но изменим направление линий магнитного поля. Расположим магнит таким образом, чтобы линии магнитного поля были направлены сверху вниз (от северного полюса к южному) (рис. 12).

Рис. 12. Линии магнитного поля направлены сверху вниз

Посмотрим, как себя будет вести проводник с током. При замыкании цепи видно, что проводник при том же самом направлении тока в нем теперь втягивается внутрь пространства между полюсами магнита (рис. 13).

Рис. 13. Проводник втягивается внутрь пространства между полюсами магнита

Для завершения опыта снова изменим направление тока в проводнике и замкнем цепь. Видим, что проводник выталкивается из пространства между полюсами магнита (рис. 14).

Рис. 14. Проводник выталкивается из пространства между полюсами магнита

Мы видим, что поведение проводника с током, помещенного в магнитное поле, определяется направлением тока в проводнике и расположением полюсов магнита. Следовательно, со стороны магнитного поля на помещенный в это поле проводник с током действует сила, направление которой зависит как от направления электрического тока в проводнике, так и от направления линий магнитного поля. То есть все названные направления тесно взаимосвязаны.

Рис. 15. Направление силы  со стороны магнитного поля зависит от направления электрического тока  в проводнике и от линий магнитного поля

Еще раз запустим ток по проводнику и попробуем связать между собой указанные три направления (рис. 16).

Рис. 16. Проводник снова выталкивается из пространства между полюсами магнита

Видим, что проводник с током снова как бы выталкивается из пространства между полюсами магнита, линии магнитного поля направлены сверху вниз, ток направлен по стрелке (от учителя). Таким образом, можно сделать вывод о взаимосвязи трех вышеуказанных направлений: все три направления взаимно перпендикулярны.

Такая взаимосвязь направлений характерна для левой руки или, как говорят физики, для левой симметрии. Если левую руку расположить таким образом, что четыре пальца ее показывают направление течения тока в проводнике (от плюса к минусу), при этом кисть развернуть так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, то отогнутый на  палец левой руки покажет направление действия силы (рис. 17). Сформулированное нами правило называется правилом левой руки.

Рис. 17. Правило левой руки

Итак, мы выяснили взаимосвязь между тремя направлениями: направлением тока в проводнике, направлением линий магнитного поля, или вектором магнитной индукции, и направлением силы, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током. Эти три направления связаны правилом левой руки. Но сила, как векторная величина, кроме направления характеризуется и численным значением.

Рис. 18. Андре Мари Ампер (1775–1836)

От чего же зависит величина силы, действующей со стороны магнитного поля на проводник с током? Проведя серию экспериментов, Ампер (рис. 18) установил, что величина силы, которая действует со стороны магнитного поля на проводник с током, прямо пропорциональна величине тока, протекающего внутри проводника:

Кроме того, Ампер заметил, что эта же величина силы прямо пропорциональна длине той части проводника, которая находится в магнитном поле:

То есть чем длиннее брать проводник при таком же самом значении тока, тем большая сила со стороны магнитного поля на него действует. Воспользуемся одним математическим правилом: если одна величина пропорциональна двум другим, то она будет пропорциональна их произведению:

То есть величина силы прямо пропорциональна произведению тока на длину части проводника в магнитном поле. Теперь обратим внимание, что размерность силы – ньютон, размерность тока – ампер, размерность длины – метр. Для того чтобы поставить знак равенства между величинами, нам нужно добавить размерность магнитной индукции , следовательно, нужно правую часть умножить на модуль магнитной индукции:

Последнее, что осталось, – это учесть зависимость направления действия силы от взаимного направления тока и вектора магнитной индукции.

Если расположить проводник с током в магнитном поле так, чтобы направление тока совпало с направлением вектора индукции магнитного поля (рис. 19), то при пропускании тока через проводник последний практически не реагирует.

Рис. 19. Направление тока совпадает с направлением вектора индукции магнитного поля

Если же расположить проводник так, чтобы направление тока было перпендикулярно направлению вектора магнитной индукции, то проводник максимально сильно втягивается в пространство между полюсами магнита (рис. 20).

Рис. 20. Направление тока перпендикулярно направлению вект

6. Сила Ампера

А 1	Какая формула соответствует выражению модуля силы Ампера?
	1)	2)
	3)	4)
А 2	С какой силой действует однородное магнитное поле с индукцией 2,5 Тл на проводник длиной 50 см, расположенный под углом 30о к вектору индукции, при силе тока в проводнике 0,5 А?
	1) 31,25 Н 2) 54,38 Н	3) 0,55 Н 4) 0,3125 Н
А 3	Прямолинейный проводник длиной 0,1 м, по которому течёт электрический ток силой 3 А, находится в однородном магнитном поле индукцией 4 Тл и расположен под углом 60о к вектору магнитной индукции. Чему равна сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля?
	1) 1,6 Н 2) 1 Н	3) 1,4 Н 4) 2,4 Н
В 1	Прямолинейный проводник длиной м, по которому течёт ток А, находится в однородном магнитном поле с индукцией Тл и расположен перпендикулярно вектору . Каков модуль силы, действующей на проводник со стороны магнитного поля? (0,24 Н)
В 2	Прямолинейный проводник длиной м, по которому течёт ток А, находится в однородном магнитном поле с индукцией Тл и расположен параллельно вектору . Каков модуль силы, действующей на проводник со стороны магнитного поля? (0 Н)
В 3	Прямолинейный проводник длиной l = 0,1 м, по которому течет ток, находится в однородном магнитном поле с индукцией В = 0,4 Тл и расположен под углом 90 к вектору . Какова сила тока, если сила, действующая на проводник со стороны магнитного поля, равна 0,2 Н? (5 А)
А 4	Максимальная сила, действующая в однородном магнитном поле на проводник с током длиной 10 см равна 0,02 Н. Сила тока равна 8 А. Модуль вектора магнитной индукции этого поля равен
	1) 0,00025 Тл 2) 0,025 Тл	3) 0,16 Тл 4) 1,6 Тл
А 5	На проводник, расположенный в однородном магнитном поле под углом 30о к направлению линий магнитной индукции, действует сила . Если увеличить этот угол в 3 раза, то на проводник будет действовать сила, равная
	1) 0 2) /2	3) 2 4) 3
А 6		Прямолинейный проводник длины с током помещен в однородное магнитном поле перпендикулярно линиям индукции . Как изменится сила Ампера, действующая на проводник, если его длину уменьшить в 2 раза, а индукцию магнитного поля увеличить в 4 раза?
		1) Увеличится в 2 раза		2) Не изменится
		3) Уменьшится в 4 раза		4) Уменьшится в 2 раза
А 7		Прямолинейный проводник длины с током помещен в однородное магнитном поле перпендикулярно линиям индукции . Как изменится сила Ампера, действующая на проводник, если его длину увеличить в 2 раза, а индукцию магнитного поля уменьшить в 4 раза?
		1) Увеличится в 2 раза		2) Не изменится
		3) Уменьшится в 4 раза		4) Уменьшится в 2 раза
А 8		Прямолинейный проводник длины с током помещен в однородное магнитном поле перпендикулярно линиям индукции . Как изменится сила Ампера, действующая на проводник, если его длину увеличить в 2 раза, а силу тока в проводнике уменьшить в 4 раза?
		1) Увеличится в 2 раза		2) Не изменится
		3) Уменьшится в 4 раза		4) Уменьшится в 2 раза
А 9	Прямолинейный проводник длиной L с током I помещен в однородное магнитное поле, направление линий индукции В которого перпендикулярно направлению тока. Если силу тока уменьшить в 2 раза, а индукцию магнитного поля увеличить в 4 раза, то действующая на проводник сила Ампера
	1) увеличится в 2 раза		2) уменьшится в 4 раза
	3) уменьшится в 2 раза		4) не изменится
А 10		Прямолинейный проводник длины с током помещен в однородное магнитном поле, направление линий индукции которого противоположно направлению тока. Если силу тока уменьшить в 2 раза, а индукцию магнитного поля увеличить в 4 раза, то действующая на проводник сила Ампера
		1) увеличится в 2 раза		2) не изменится
		3) уменьшится в 4 раза		4) уменьшится в 2 раза
В 4	Свободно перемещающийся по рамке проводник с током через изолятор прикреп­лен к пружине жесткостью 5 Н/м (см. рисунок). Длина проводника равна 0,5 м, и по нему те­чет ток силой 2 А. При помещении провод­ника с изолятором в магнитное поле, вектор индукции которого перпендикулярен плоско­сти рамки, пружина растянулась на 10 см. Определите значение индукции магнитного поля (в мТл). (500 мТл)
А 11	Примером применения на практике силы, действующей на провод с током в магнитном поле, может служить
	1) подъёмный кран, поднимающий металлолом с помощью электромагнита 2) электродвигатель 3) звукозаписывающая головка магнитофона 4) спираль лампы накаливания
А 12	Укажите устройство, в котором используется явление возникновения силы, действующей на проводник в магнитном поле, при прохождении через проводник электрического тока
	1) реостат	2) металлоискатель
	3) электродвигатель	4) электрочайник
А 13	В основе работы электродвигателя лежит
	1) действие магнитного поля на проводник с электрическим током 2) электростатическое взаимодействие зарядов 3) явление самоиндукции 4) действие электрического поля на электрический заряд
А 14	Основное назначение электродвигателя заключается в преобразовании
	1) механической энергии в электрическую энергию 2) электрической энергии в механическую энергию 3) внутренней энергии в механическую энергию 4) механической энергии в различные виды энергии
В 5	Электродвигатель постоянного тока подключен к источнику тока и поднимает груз массой 1 г со скоростью 4 см/с. Напряжение на клеммах двигателя 4 В, сила тока 1 мА. Какое количество теплоты выделится в обмотке двигателя за 5 с? Ответ выразите в миллиджоудях и округлите до целых. (18 мДж)

Опыт Эрстеда. Магнитное поле тока. Взаимодействие магнитов. Действие магнитного поля на проводник с током

1. Опыт Эрстеда заключается в следующем. На столе располагают магнитную стрелку, которая ориентируется с севера на юг в магнитном поле Земли, и параллельно ей сверху проводник, соединённый с источником тока (см. рис. 81). При замыкании цепи стрелка повернётся на 90° и встанет перпендикулярно проводнику.

При размыкании цепи стрелка вернётся в первоначальное положение. Если изменить направление тока на противоположное, то стрелка повернётся в обратную сторону. Опыт Эрстеда доказывает, что вокруг проводника, по которому течёт электрический ток, существует магнитное поле, которое действует на магнитную стрелку.

Опыт Эрстеда показал существование взаимосвязи между электрическими и магнитными явлениями.

Об этой взаимосвязи свидетельствует и опыт, известный как опыт Ампера. Если по двум длинным параллельно расположенным проводникам пропустить электрический ток в одном направлении, то они притянутся друг к другу; если направление тока будет противоположным, то проводники оттолкнутся друг от друга. Это происходит потому, что вокруг одного проводника возникает магнитное поле, которое действует на другой проводник с током. Если ток будет протекать только по одному проводнику, то проводники не будут взаимодействовать.

Таким образом, вокруг движущихся электрических зарядов или вокруг проводника с током существует магнитное поле. Магнитное поле действует на движущиеся заряды. На неподвижные заряды магнитное поле не действует.

Силовой характеристикой магнитного поля является величина, называемая магнитной индукцией. Обозначается магнитная индукция буквой ​\( B \)​. Магнитная индукция является векторной величиной, т.е. имеет определённое направление. Это наглядно проявляется в опыте со взаимодействием параллельных проводников с током. Направление вектора магнитной индукции совпадает с направлением северного полюса магнитной стрелки в данной точке поля.

2. Обнаружить магнитное поле вокруг проводника с током можно с помощью либо магнитных стрелок, либо железных опилок, которые в магнитном поле намагничиваются и становятся магнитными стрелками. На рисунке 87 изображён проводник, пропущенный через лист картона, на который насыпаны железные опилки. При прохождении по проводнику электрического тока опилки располагаются вокруг него по концентрическим окружностям.

Линии, вдоль которых располагаются в магнитном поле магнитные стрелки или железные опилки, называют линиями магнитной индукции. Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, принято за направление линий магнитной индукции. Вектор магнитной индукции направлен по касательной к линии магнитной индукции в каждой точке поля.

Как следует из результатов опыта Эрстеда и опыта по взаимодействию параллельных проводников с током, направление линий вектора магнитной индукции (и линий магнитной индукции) зависит от направления тока в проводнике. Направление линий магнитной индукции можно определить с помощью правила буравчика. Для линейного проводника оно следующее: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитной индукции.

3. Если пропустить электрический ток по катушке, то опилки расположатся, как показано на рисунке 88.

Картина линий магнитной индукции свидетельствует о том, что катушка с током становится магнитом. Если катушку с током подвесить, то она повернётся южным полюсом на юг, а северным — на север (рис. 89).

Следовательно, катушка с током имеет два полюса: северный и южный. Определить полюса, которые появляются на её концах можно, если известно направление электрического тока в катушке. Для этого пользуются правилом буравчика: если направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением тока в катушке, то направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением линий магнитной индукции внутри катушки (рис. 90).

4. Тела, длительное время сохраняющие магнитные свойства, или намагниченность, называют постоянными магнитами. Поднося магнит к железным опилкам, можно заметить, что они притягиваются к концам магнита и практически не притягиваются к его середине. Те места магнита, которые производят наиболее сильное магнитное действие, называются полюсами магнита. Магнит имеет два полюса: северный — N и южный — S. Принято северный полюс магнита окрашивать синим цветом, а южный — красным. Если полосовой магнит разделить на две части, то каждая из них окажется магнитом с двумя полюсами.

Положив на постоянный магнит лист бумаги или картона и насыпав на него железные опилки, можно получить картину его магнитного поля (рис. 91). Линии магнитной индукции постоянных магнитов замкнуты, все они выходят из северного полюса и входят в южный, замыкаясь внутри магнита.

Магнитные стрелки и магниты взаимодействуют между собой. Разноимённые магнитные полюсы притягиваются друг к другу, а одноимённые — отталкиваются. Взаимодействие магнитов объясняется тем, что магнитное поле одного магнита действует на другой магнит и, наоборот, магнитное поле 2-го магнита действует на 1-й.

Причиной наличия у веществ магнитных свойств является движение электронов, существующих в каждом атоме. При своём движении вокруг атома электроны создают магнитные поля. Если эти поля имеют одинаковую ориентацию, то вещество, например железо или сталь, намагничены достаточно сильно.

5. Магнитное поле действует на проводник с током. Доказать это можно с помощью эксперимента (рис. 92).

Если в поле подковообразного магнита поместить проводник длиной ​\( l \)​, подвешенный на тонких проводах, соединить его с источником тока, то при разомкнутой цепи проводник останется неподвижным. Если замкнуть цепь, то по проводнику пойдёт электрический ток, и проводник отклонится в магнитном поле от своего первоначального положения. При изменении направления тока проводник отклонится в противоположную сторону. Таким образом, на проводник с током, помещённый в магнитное поле, действует сила, которую называют силой Ампера.

Экспериментальное исследование показывает, что сила Ампера прямо пропорциональна длине проводника ​\( l \)​ и силе тока ​\( I \)​ в проводнике: ​\( F\sim Il \)​. Коэффициентом пропорциональности в этом равенстве является модуль вектора магнитной индукции ​\( B \)​. Соответственно, ​\( F=BIl \)​.

Сила, действующая на проводник с током, помещённый в магнитное поле, равна произведению модуля вектора магнитной индукции, силы тока и длины той части проводника, которая находится в магнитном поле.

В таком виде зависимость силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, записыватся в том случае, если линии магнитной индукции перпендикулярны проводнику с током.

Формула силы Ампера, позволяет раскрыть смысл понятия вектора магнитной индукции. Из выражения для силы Ампера следует: ​\( B=\frac{F}{Il} \)​, т.е. магнитной индукцией называется физическая величина, равная отношению силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, к силе тока и длине проводника, находящейся в магнитном поле.

Из приведённой формулы понятно, что магнитная индукция является силовой характеристикой магнитного поля.

Единица магнитной индукции ​\( [В] = [F]/[I][l] \)​. ​\( [B] \)​ = 1 Н/(1 А · 1 м) — 1 Н/(А · м) = 1 Тл. За единицу магнитной индукции принимают магнитную индукцию такого поля, в котором на проводник длиной 1 м действует сила 1 Н при силе тока в проводнике 1 А.

Направление силы Ампера определяют, пользуясь правилом левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре пальца направлены по направлению тока в проводнике, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на проводник (рис. 93).

6. Движение проводника с током в магнитном поле лежит в основе работы электрического двигателя. Если поместить прямоугольную рамку в магнитное поле и пропустить по ней электрический ток, то рамка повернётся (рис. 94), потому, что на стороны рамки действует сила Ампера. При этом сила, действующая на сторону рамки ​\( ab \)​, противоположна силе, действующей на сторону ​\( cd \)​.

Для того чтобы рамка не остановилась в тот момент, когда её плоскость перпендикулярна линиям магнитной индукции, и продолжала вращаться, изменяют направление тока в проводнике. Для этого к концам рамки припаяны полукольца, по которым скользят контакты, соединённые с источником тока. При повороте рамки на 180° меняются контактные пластины, которых касаются полукольца и, соответственно, направление тока в рамке.

В электрическом двигателе энергия электрического и магнитного полей превращается в механическую энергию.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. На рисунке показано, как установилась магнитная стрелка между полюсами двух одинаковых магнитов. Укажите полюса магнитов, обращённые к стрелке.

1) 1 — S, 2 — N
2) 1 — А, 2 — N
3) 1 — S, 2 — S
4) 1 — N, 2 — S

2. Па рисунке представлена картина линий магнитного поля от двух полосовых магнитов, полученная с помощью магнитной стрелки и железных опилок. Каким полюсам полосовых магнитов соответствуют области 1 и 2?

1) 1 — северному полюсу; 2 — южному
2) 1 — южному; 2 — северному полюсу
3) и 1, и 2 — северному полюсу
4) и 1, и 2 — южному полюсу

3. При прохождении электрического тока по проводнику магнитная стрелка, находящаяся рядом, расположена перпендикулярно проводнику. При изменении направления тока на противоположное. Стрелка

1) повернётся на 90°
2) повернётся на 180°
3) повернётся на 90° или на 180° в зависимости от значения силы тока
4) не изменит свое положение

4. Проводник, по которому протекает электрический ток, расположен перпендикулярно плоскости чертежа (см. рисунок). Расположение какой из магнитных стрелок, взаимодействующих с магнитным полем проводника с током, показано правильно?

1) 1
2) 2
3) 3
4) 4

5. Из проводника сделали кольцо и по нему пустили электрический ток. Ток направлен против часовой стрелки (см. рисунок). Как направлен вектор магнитной индукции в центре кольца?

1) вправо
2) влево
3) на нас из-за плоскости чертежа
4) от нас за плоскость чертежа

6. По катушке идёт электрический ток, направление которого показано на рисунке. При этом на концах железного сердечника катушки

1) образуются магнитные полюса — на конце 1 — северный полюс, на конце 2 — южный
2) образуются магнитные полюса — на конце 1 — южный полюс, на конце 2 — северный
3) скапливаются электрические заряды: на конце 1 — отрицательный заряд, на конце 2 — положительный
4) скапливаются электрические заряды: на конце 1 — положительный заряд, на конце 2 — отрицательный

7. Два параллельно расположенных проводника подключили параллельно к источнику тока.

Направление электрического тока и взаимодействие проводников верно изображены на рисунке

8. В однородном магнитном поле на проводник с током, расположенный перпендикулярно плоскости чертежа (см. рисунок), действует сила, направленная

1) вправо →
2) влево ←
3) вверх ↑
4) вниз ↓

9. Сила, действующая на проводник с током, который находится в магнитном поле между полюсами магнита направлена

1) вверх ↑
2) вниз ↓
3) направо →
4) налево ←

10. На рисунке изображён проводник с током, помещённый в магнитное поле. Стрелка указывает направление тока в проводнике. Вектор магнитной индукции направлен перпендикулярно плоскости рисунка к нам. Как направлена сила, действующая на проводник с током?

1) вверх ↑
2) вправо →
3) вниз ↓
4) влево ←

11. Из приведённых ниже утверждений выберите два правильных и запишите их номера в таблицу.

1) Вокруг неподвижных зарядов существует магнитное поле.
2) Вокруг неподвижных зарядов существует электростатическое поле.
3) Если разрезать магнит на две части, то у одной части будет только северный полюс, а у другой — только южный.
4) Магнитное поле существует вокруг движущихся зарядов.
5) Магнитная стрелка, находящаяся около проводника с током, всегда поворачивается вокруг своей оси.

12. Электрическая схема содержит источник тока, проводник АВ, ключ и реостат. Проводник АВ помещён между полюсами постоянного магнита (см. рисунок).

Используя рисунок, выберите из предложенного перечня два верных утверждения. Укажите их номера.

1) При перемещении ползунка реостата влево сила Ампера, действующая на проводник АВ, увеличится.
2) При замкнутом ключе проводник будет выталкиваться из области магнита вправо.
3) При замкнутом ключе электрический ток в проводнике имеет направление от точки В к точке А.
4) Магнитные линии поля постоянного магнита в области расположения проводника АВ направлены вертикально вниз.
5) Электрический ток, протекающий в проводнике АВ, создаёт однородное магнитное поле.

Часть 2

13. Участок проводника длиной 0,1 м находится в магнитном поле индукцией 50 мТл. Сила тока, протекающего по проводнику, 10 А. Какую работу совершает сила ампера при перемещении проводника на 8 см в направлении своего действия? Проводник расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции.

Ответы

Опыт Эрстеда. Магнитное поле тока. Взаимодействие магнитов. Действие магнитного поля на проводник с током

Оценка

Действие магнитного поля на ток

Экспериментальное установление силы взаимодействия тока и магнитного поля

Магнитное поле не зависимо от источников, которыми оно порождается, токами, постоянными магнитами, проявляет себя, прежде всего, в механическом воздействии на движущиеся заряды. К движущимся зарядам относится и электрические токи.

Рассмотрим силу, которая действует на проводник с током. Ее действие легко обнаружить, если провести простой опыт. Повесить проводник, по которому может течь ток между полюсами постоянного магнита. При включении тока проводник отклонится под действием силы, которая имеет магнитную природу (рис.1).

Рис. 1

Ампер первым установил, что проводники, по которым течет электрический ток, взаимодействуют механически (притягиваются или отталкиваются). Он отметил, что природа силы, которая действует на проводник с током в магнитном поле, не является электростатической, а носит особенный характер. Позднее такая сила стала называться силой Ампера. На основе использования силы Ампера действует ряд электроизмерительных приборов магнитоэлектрической системы.

Математические выражения для силы Ампера

Итак, Ампер экспериментально установил, что сила, которая действует в магнитном поле на линейный элемент тока, имеет вид:

Формула (1) называется законом Ампера. Он определяет силу, действующую на элемент тока $\overrightarrow{dl}$ в магнитном поле. Модуль силы $dF$ находится как:

Направлена сила Ампера перпендикулярно плоскости, в которой лежат векторы $\overrightarrow{dl\ }и\ \overrightarrow{B}$. Конкретное направление силы Ампера можно найти с помощью правила левой руки. Левую руку надо расположить так, чтобы линии поля входили в ладонь, четыре пальца были направлены по току, тогда отогнутый на 90 градусов большой палец укажет направление силы Ампера.

Сила Ампера, действующая на провод с током конечной длины может быть найдена как:

где интегрирование проводится по всей длине проводника.

Сила взаимодействия двух прямых параллельных проводников бесконечной длины равна:

где $I_1,I_2$ — токи, текущие в проводниках, $d$ — расстояние между проводниками, $l$ — длины проводников ($l\gg d$), ${\mu }_0=4\pi \cdot {10}^{-7}\frac{Гн}{м}\ (Генри\ на\ метр)$ магнитная постоянная.

Опытное подтверждение связи между электрическими и магнитными полями

Магнитные поля действуют на токи, токи в свою очередь действуют на магнитные поля. Примером может быть опыт Эрстеда. Эрстед помещал магнитную стрелку под прямолинейным проводником с током, параллельно проводу. Стрелка могла вращаться вокруг своей вертикальной оси. Если по проводнику шел ток, то стрелка устанавливалась перпендикулярно проводу. Направление тока изменяли, стрелка разворачивалась на 1800. Такой же эффект происходил, когда провод перемещали под стрелку. На этом опыте впервые была установлена связь между электрическими и магнитными явлениями.

Пример 1

Задание: По двум параллельным, прямолинейным проводникам, имеющим длину l=1м каждый, текут одинаковые токи. Сила взаимодействия этих токов равна $F={10}^{-3}H$. Найдите силу тока, которая течет по проводникам, если расстояние между ними равно d=1см.

Решение:

Прямые параллельные проводники, по которым текут постоянные токи, взаимодействуют друг с другом с силой Ампера, модуль которой запишется в виде:

\[F=\frac{{\mu }_0}{2\pi }\frac{I_1I_2}{d}l=\frac{{\mu }_0}{2\pi }\frac{I^2}{d}l\left(1.1\right),\]

где токи $I_1=I_2=I.$ Выразим из (1.1) искомую силу тока, получим:

\[I=\sqrt{\frac{2F\pi d}{l{\mu }_0}}.\]

$d=1см={10}^{-2}м$. ${\mu }_0$=$4\pi \cdot {10}^{-7}\frac{Гн}{м}.$ Подставим численные значения величин, проведем вычисления.

\[I=\sqrt{\frac{2\cdot {10}^{-3}\pi \cdot {10}^{-2}}{1\cdot 4\pi \cdot {10}^{-7}}}\approx 7\ \left(А\right).\]

Ответ: $I=$7А.

Пример 2

Задание: Прямой провод находится в однородном магнитном поле индукция которого, равна 0,01 Тл. Каков будет угол между направлением вектора индукции и направлением тока, если сила, с которой поле действует на проводник, равна ${10}^{-2}$Н. Длина проводника 0,1 м; сила тока 20 А.

Рис. 2

$\overrightarrow{F}$ направлена перпендикулярно рисунку, от нас.

Решение:

Так как поле по условиям задачи однородное, ток постоянный, за основу решения задачи примем закон Ампера в виде:

\[\overrightarrow{F}=\int{I\left[\overrightarrow{dl}\overrightarrow{B}\right]=I\left[\overrightarrow{l}\overrightarrow{B}\right]\left(2.1\right).}\]

Тогда модуль силы Ампера будет равен:

\[F=IBl\cdot sin\alpha \ \left(2.2\right),\]

где $\alpha $ — искомый угол между направлением вектора индукции и направлением тока. Выразим $sin\alpha ,\ $получим:

\[sin\alpha =\frac{F}{IBl}.\]

Проведем расчет, все единицы в СИ:

\[sin\alpha =\frac{{10}^{-2}}{20\cdot {10}^{-2}\cdot 0,1}=0,5.\] \[sin\alpha =0,5\to \alpha =\frac{\pi }{6}.\]

Ответ: Угол между направлением вектора индукции и направлением тока равен $\frac{\pi }{6}=30{}^\circ .$

Действие магнитного поля на проводник с током — урок. Физика, 8 класс.

Проводники с токами взаимодействуют друг с другом с некоторой силой (рис. \(1\)). Это объясняется тем, что на каждый проводник с током действует магнитное поле тока другого проводника.

 

Рис. \(1\)

 

Обрати внимание!

Магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник с током, находящийся в этом поле.

 

Подвесим металлический проводник на гибких проводах, присоединённых к источнику тока. Затем поместим его (проводник) между полюсами дугообразного магнита (рис. \(2\)). В этом случае проводник будет находиться в магнитном поле дугообразного магнита. При замыкании электрической цепи проводник придёт в движение (рис. \(3\)).

 

Рис. \(2\)

 

Рис. \(3\)

 

Направление движения проводника зависит от направления тока в нём и от расположения полюсов магнита. В данном случае ток направлен от наблюдателя (красная стрелка на рисунке \(3\)), и проводник отклонится влево.

При изменении направления тока на противоположное проводник переместится вправо.

Точно так же проводник изменит направление движения при изменении расположения полюсов магнита.

 

Чтобы определить направление движения проводника с током в магнитном поле, нужно левую ладонь разместить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, а четыре пальца (кроме большого) показывали направление тока в проводнике (рис. \(4\)).

Тогда отогнутый под прямым углом большой палец левой руки покажет направление силы \(F\), действующей со стороны магнитного поля на проводник. Поскольку движение проводника вызвано этой силой \(F\), то и направление движения проводника совпадает с направлением действия силы \(F\).

 

Рис. \(4\)