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

Экзаменационный тест по физике — 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

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

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

Магнитная сила на токопроводящем проводе

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Опишите влияние магнитной силы на проводник с током.
• Рассчитайте магнитную силу на проводнике с током.

Поскольку заряды обычно не могут покинуть проводник, магнитная сила, действующая на заряды, движущиеся в проводнике, передается самому проводнику.

Рис. 1. Магнитное поле действует на провод с током в направлении, заданном правилом правой руки 1 (в том же направлении, что и на отдельные движущиеся заряды). Эта сила может быть достаточно большой, чтобы переместить провод, поскольку типичные токи состоят из очень большого количества движущихся зарядов.

Мы можем получить выражение для магнитной силы, действующей на ток, суммируя магнитные силы, действующие на отдельные заряды. (Силы складываются, потому что они в одном направлении.) Сила, действующая на отдельный заряд, движущийся со скоростью дрейфа v _d , определяется как F = qv _d B sin θ . Принимая B как однородный по длине провода l и ноль в другом месте, общая магнитная сила на проводе тогда будет F = ( qv _d B sin θ ) ( N ) , где N — количество носителей заряда в отрезке провода длиной l .Теперь N = нВ, где n — это количество носителей заряда на единицу объема, а В, — это объем провода в поле. Учитывая, что V = Al , где A — площадь поперечного сечения провода, тогда сила, действующая на провод, равна F = ( qv _d B sin θ ) ( nAl ). Условия сбора,

[латекс] F = (nqAv _ {\ text {d}}) lB \ sin \ theta \\ [/ latex].

Потому что nqAv _d = I (см. Ток),

[латекс] F = IlB \ sin \ theta \ [/ латекс]

— это уравнение для магнитной силы на длине l провода, по которому проходит ток I в однородном магнитном поле B , как показано на рисунке 2.Если разделить обе части этого выражения на l , мы обнаружим, что магнитная сила на единицу длины провода в однородном поле равна [латекс] \ frac {F} {l} = IB \ sin \ theta \\ [/ латекс]. Направление этой силы задается RHR-1 с большим пальцем в направлении тока I . Затем пальцами в направлении B перпендикуляр к ладони указывает в направлении F ​​, как на рисунке 2.

Рис. 2. Сила, действующая на токоведущий провод в магнитном поле, составляет F ​​ = IlB sin θ .Его направление задает RHR-1.

Пример 1. Расчет магнитной силы на проводе с током: сильное магнитное поле

Рассчитайте усилие на провод, показанное на рисунке 1, если B = 1,50 Тл, l = 5,00 см и I = 20,0 А.

Стратегия

Силу можно найти с данной информацией, используя [latex] F = IlB \ sin \ theta \\ [/ latex] и отметив, что угол θ между I и B равен 90º, так что sin θ = 1.

Решение

Ввод заданных значений в F ​​ = IlB sin θ дает

F ​​= IlB sin θ = (20,0 А) (0,0500 м) (1,50 Тл) (1).

Единицы измерения теслы: [латекс] 1 \ text {T} = \ frac {\ text {N}} {\ text {A} \ cdot \ text {m}} \\ [/ latex]; таким образом,

F ​​ = 1,50 Н.

Обсуждение

Это большое магнитное поле создает значительную силу на небольшой длине провода.

Магнитная сила на токоведущих проводниках используется для преобразования электрической энергии в работу. (Двигатели являются ярким примером — они используют проволочные петли и рассматриваются в следующем разделе.) Магнитогидродинамика (MHD) — это техническое название, данное умному приложению, в котором магнитная сила перекачивает жидкости без движущихся механических частей. (См. Рисунок 3.)

Рисунок 3. Магнитогидродинамика. Магнитная сила, действующая на ток, проходящий через эту жидкость, может использоваться в качестве немеханического насоса.

К трубке прикладывается сильное магнитное поле, и через жидкость проходит ток под прямым углом к ​​полю, в результате чего сила, действующая на жидкость, параллельна оси трубки, как показано. Отсутствие движущихся частей делает его привлекательным для перемещения горячего химически активного вещества, такого как жидкий натрий, используемый в некоторых ядерных реакторах. Экспериментальные искусственные сердца проходят испытания с использованием этого метода перекачивания крови, возможно, чтобы избежать неблагоприятного воздействия механических насосов.(Однако на клеточные мембраны влияют большие поля, необходимые для МГД, что задерживает его практическое применение у людей.) МГД-двигательная установка для атомных подводных лодок была предложена, поскольку она могла бы быть значительно тише, чем обычные гребные винты. Сдерживающая ценность атомных подводных лодок основана на их способности укрыться и пережить первый или второй ядерный удар. По мере того, как мы медленно разбираем наши арсеналы ядерного оружия, подводная ветка будет выведена из эксплуатации последней из-за этой способности (см.рисунок 4.) Существующие диски MHD тяжелые и неэффективные — требуется большая работа по развитию.

Рис. 4. Двигательная установка МГД на атомной подводной лодке может создавать значительно меньшую турбулентность, чем гребные винты, и позволять ей работать более бесшумно. Разработка подводной лодки с бесшумным двигателем была инсценирована в книге и фильме Охота за красным октябрем .

Сводка раздела

• Магнитная сила на токоведущих проводниках определяется выражением

  [латекс] F = IlB \ sin \ theta \ [/ латекс]

  , где I — ток, l — длина прямого проводника в однородном магнитном поле B , а θ — угол между I и B .Сила следует за RHR-1 большим пальцем в направлении I .

Концептуальные вопросы

1. Нарисуйте схему ситуации на рисунке 1, показывающую направление электронов, переносящих ток, и используйте RHR-1, чтобы проверить направление силы на провод.
2. Убедитесь, что направление силы в приводе MHD, таком как на рисунке 3, не зависит от знака зарядов, переносящих ток через жидкость.
3. Почему магнитогидродинамический привод лучше работает в океанской воде, чем в пресной? Кроме того, зачем нужны сверхпроводящие магниты?
4. Что с большей вероятностью повлияет на показания компаса: переменный ток в холодильнике или постоянный ток при запуске автомобиля? Объяснять.

Задачи и упражнения

1. Каково направление магнитной силы, действующей на ток, в каждом из шести случаев на рисунке 5?

Рисунок 5.

2. Каково направление тока, который испытывает магнитную силу, показанную в каждом из трех случаев на рисунке 6, при условии, что ток течет перпендикулярно B ?

Рисунок 6.

3. Каково направление магнитного поля, которое создает магнитную силу, показанную на токах в каждом из трех случаев на рисунке 7, если предположить, что B перпендикулярно I ?

Рисунок 7.

4. (a) Какова сила на метр в разряде молнии на экваторе, несущем 20 000 А перпендикулярно полю Земли 3,00 × 10 ⁻⁵ -T? (б) Каково направление силы, если ток идет прямо вверх, а направление поля Земли строго на север, параллельно земле?

5. (a) Линия электропередачи постоянного тока для системы легкорельсового транспорта передает ток 1000 А под углом 30º к полю Земли 5,00 × 10 ⁻⁵ -T. Какая сила действует на 100-метровом участке этой линии? (b) Обсудите практические проблемы, которые это представляет, если таковые имеются.

6. Какая сила действует на воду в МГД-приводе, использующем трубку диаметром 25,0 см, если через трубку проходит ток 100 А, перпендикулярный магнитному полю 2,00 Тл? (Относительно небольшая величина этой силы указывает на необходимость очень больших токов и магнитных полей для создания практических МГД-приводов.)

7. Провод, по которому течет ток 30,0 А, проходит между полюсами сильного магнита, перпендикулярного его полю, и испытывает силу 2,16 Н на 4.00 см провода в поле. Какая средняя напряженность поля?

8. (a) Отрезок кабеля длиной 0,750 м, по которому идет ток к стартеру автомобиля, составляет угол 60 ° с полем Земли 5,50 × 10 ⁻⁵ Тл. Каков ток, когда на провод действует сила 7,00 × 10 ⁻³ Н? (b) Если вы пропустите провод между полюсами сильного подковообразного магнита, подвергнув его 5,00 см полю 1,75 Тл, какая сила будет приложена к этому отрезку провода?

9.(а) Каков угол между проводом с током 8,00 А и полем 1,20 Тл, в котором он находится, если на 50,0 см провода действует магнитная сила 2,40 Н? б) Какая сила действует на проволоку, если ее повернуть на угол 90º с полем?

10. Сила, действующая на прямоугольную проволочную петлю в магнитном поле на Рисунке 8, может использоваться для измерения напряженности поля. Поле однородное, плоскость петли перпендикулярна полю. а) Каково направление магнитной силы на петле? Обоснуйте утверждение, что силы на сторонах петли равны и противоположны, независимо от того, какая часть петли находится в поле, и не влияют на результирующую силу, действующую на петлю.(b) Если используется ток 5,00 А, какова сила на тесла в петле шириной 20,0 см?

Рис. 8. Прямоугольная петля из провода, по которой проходит ток, перпендикулярна магнитному полю. Поле однородно в показанной области и равно нулю за пределами этой области.

Избранные решения проблем и упражнения

1. (а) запад (слева)

(b) на стр.

(в) север (верх)

(d) нет силы

(д) восток (правый)

(е) юг (низ)

3.(a) на страницу

(б) запад (слева)

(c) вне страницы

5. (a) 2,50 Н (b) Это примерно полфунта силы на 100 м проволоки, что намного меньше веса самой проволоки. Поэтому особых опасений не вызывает.

7. 1,80 т

9. (а) 30º (б) 4.80 с.ш.

Магнитная сила на проводнике с током — University Physics Volume 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определите направление, в котором токоведущий провод испытывает силу во внешнем магнитном поле
• Расчет силы на токоведущем проводе во внешнем магнитном поле

Движущиеся заряды испытывают силу в магнитном поле.Если эти движущиеся заряды находятся в проводе, то есть если по проводу течет ток, на провод также должна воздействовать сила. Однако, прежде чем обсуждать силу, действующую на ток со стороны магнитного поля, мы сначала исследуем магнитное поле, создаваемое электрическим током. Здесь мы изучаем два отдельных эффекта, которые тесно взаимодействуют: провод с током создает магнитное поле, а магнитное поле оказывает силу на провод с током.

Магнитные поля, создаваемые электрическим током

Обсуждая исторические открытия в области магнетизма, мы упомянули открытие Эрстеда о том, что провод, по которому проходит электрический ток, вызывает отклонение расположенного поблизости компаса.Было установлено, что электрические токи создают магнитные поля. (Эта связь между электричеством и магнетизмом более подробно обсуждается в Источниках магнитных полей.)

Стрелка компаса рядом с проволокой испытывает силу, которая выравнивает касательную иглы к окружности вокруг проволоки. Следовательно, токоведущий провод создает кольцевые петли магнитного поля. Чтобы определить направление магнитного поля, создаваемого проводом, мы используем второе правило правой руки. В RHR-2 ваш большой палец указывает в направлении тока, в то время как ваши пальцы охватывают провод, указывая в направлении создаваемого магнитного поля ((Рисунок)).Если магнитное поле попадало на вас или выходило за пределы страницы, мы обозначаем это точкой. Если бы магнитное поле входило в страницу, мы представляем это с помощью этих символов, полученных из рассмотрения векторной стрелки: стрелка, направленная к вам, с вашей точки зрения, будет выглядеть как точка или кончик стрелки. Стрелка, направленная от вас, с вашей точки зрения, будет выглядеть как крест или составной эскиз магнитных кругов, показанный на (Рисунок), где показано, что напряженность поля уменьшается по мере удаления от провода петлями, которые дальше разделены.

(a) Когда проволока находится в плоскости бумаги, поле перпендикулярно бумаге. Обратите внимание на символы, используемые для поля, указывающего внутрь (например, хвоста стрелки), и поля, указывающего наружу (например, кончика стрелки). (б) Длинный и прямой провод создает поле с силовыми линиями магнитного поля, образующими кольцевые петли.

Расчет магнитной силы

Электрический ток — это упорядоченное движение заряда. Следовательно, провод с током в магнитном поле должен испытывать силу, создаваемую этим полем.Чтобы исследовать эту силу, давайте рассмотрим бесконечно малое сечение провода, как показано на (Рисунок). Длина и площадь поперечного сечения секции составляют дл и A соответственно, поэтому ее объем равен. Проволока сформирована из материала, который содержит n носителей заряда на единицу объема, поэтому количество носителей заряда в сечение: Если носители заряда движутся со скоростью дрейфа, ток I в проводе равен (от тока и сопротивления)

Магнитная сила на любом одиночном носителе заряда такова, что общая магнитная сила на носителях заряда в сечении провода составляет

Мы можем определить dl как вектор длиной dl , указывающий вдоль, что позволяет нам переписать это уравнение как

или

Это сила магнитного поля на отрезке провода.Обратите внимание, что на самом деле это результирующая сила, действующая со стороны поля на сами носители заряда. Направление этой силы задается RHR-1, где вы указываете пальцами в направлении тока и сгибаете их к полю. Затем ваш большой палец указывает в направлении силы.

Бесконечно малое сечение токоведущего провода в магнитном поле.

Чтобы определить магнитную силу на проводе произвольной длины и формы, мы должны интегрировать (рисунок) по всему проводу.Если сечение провода прямое, а B однородный, дифференциалы уравнения становятся абсолютными величинами, что дает нам

Это сила, действующая на прямой провод с током в однородном магнитном поле.

Уравновешивание гравитационных и магнитных сил на токоведущем проводе Провод длиной 50 см и массой 10 г подвешен в горизонтальной плоскости на паре гибких проводов ((Рисунок)). Затем на проволоку действует постоянное магнитное поле величиной 0.50 Т, который направлен, как показано. Каковы величина и направление тока в проводе, необходимые для снятия напряжения в опорных выводах?

(а) Проволока, подвешенная в магнитном поле. (б) Схема свободного тела для проволоки.

Стратегия

Из диаграммы свободного тела на рисунке видно, что натяжения в опорных выводах стремятся к нулю, когда гравитационная и магнитная силы уравновешивают друг друга. Используя RHR-1, мы обнаруживаем, что магнитная сила направлена ​​вверх. Затем мы можем определить ток I , приравняв две силы.

Решение Приравняйте две силы веса и магнитной силы к проводу:

Таким образом,

Значение Это большое магнитное поле создает значительную силу на длине провода, чтобы противодействовать его весу.

Расчет магнитной силы на токоведущем проводе По длинному жесткому проводу, расположенному вдоль оси y , проходит ток 5,0 А, текущий в положительном направлении y . (a) Если постоянное магнитное поле величиной 0,30 Тл направлено вдоль положительной оси x , какова магнитная сила на единицу длины на проводе? (б) Если постоянное магнитное поле 0.30 T направлено на 30 градусов от оси + x к оси + y , какова магнитная сила на единицу длины на проводе?

Стратегия Магнитная сила, действующая на провод с током в магнитном поле, определяется по формуле а, поскольку в этой задаче ток и магнитное поле перпендикулярны, мы можем упростить формулу, чтобы получить величину и найти направление через RHR-1. Угол θ составляет 90 градусов, что означает, что длина также может быть разделена на левую часть, чтобы найти силу на единицу длины.Для части b текущая длина, умноженная на длину, записывается в обозначении единичного вектора, а также магнитное поле. После взятия перекрестного произведения направленность очевидна по результирующему единичному вектору.

Решение

1. Начнем с общей формулы магнитной силы на проводе. Мы ищем силу на единицу длины, поэтому мы делим ее на длину, чтобы вывести ее в левую часть. Мы также устанавливаем Решение, следовательно,
   

   
   Направленность: Укажите пальцами в положительном направлении y и согните пальцы в положительном направлении x .Ваш большой палец укажет в направлении. Следовательно, с учетом направленности решение будет
   

2. Текущее значение, умноженное на длину, и магнитное поле записываются в виде единичного вектора. Затем возьмем векторное произведение, чтобы найти силу:
   

Значение Это большое магнитное поле создает значительную силу на небольшой длине провода. По мере того, как угол магнитного поля становится более близким к току в проводе, на него действует меньшая сила, как видно из сравнения частей a и b.

Проверьте свое понимание Прямой гибкий медный провод погружается в магнитное поле, направленное внутрь страницы. (а) Если ток в проводе течет в направлении + x , в какую сторону будет изгибаться провод? (b) В какую сторону изгибается провод, если ток течет в направлении — x ?

а. наклоняется вверх; б. наклоняется вниз

Сила на круглом проводе Круговая токовая петля с радиусом R , по которой проходит ток I , расположена в плоскости xy .Постоянное однородное магнитное поле прорезает петлю параллельно оси y ((рисунок)). Найдите магнитную силу на верхней половине петли, нижней половине петли и общую силу на петле.

Петля из проволоки, по которой течет ток в магнитном поле.

Стратегия Магнитная сила на верхнем контуре должна быть записана в терминах дифференциальной силы, действующей на каждый сегмент контура. Если мы интегрируем по каждому дифференциальному элементу, мы решаем общую силу на этом участке петли.Сила, действующая на нижнюю петлю, определяется аналогичным образом, а общая сила складывается из этих двух сил.

Решение Дифференциальная сила на произвольном куске проволоки, расположенном на верхнем кольце, составляет:

где — угол между направлением магнитного поля (+ y ) и отрезком провода. Дифференциальный сегмент расположен на том же радиусе, поэтому, используя формулу длины дуги, мы имеем:

Чтобы найти силу на сегменте, мы интегрируем по верхней половине круга от 0 до. В результате получаем:

Нижняя половина цикла интегрирована от нуля, что дает нам:

Чистая сила — это сумма этих сил, которая равна нулю.

Значение Полная сила на любом замкнутом контуре в однородном магнитном поле равна нулю. Несмотря на то, что каждая часть петли имеет силу, действующую на нее, результирующая сила, действующая на систему, равна нулю. (Обратите внимание, что на петле есть чистый крутящий момент, который мы рассмотрим в следующем разделе.)

Понимание сил на токоведущих проводах в магнитных полях — видео и стенограмма урока

Прямой токопроводящий провод

Когда длинный прямой токопроводящий провод помещается в магнитное поле, на него действует сила, пропорциональная напряженности поля, величине тока и длине провода.Вы можете увидеть, как это работает на этом изображении:

Таким образом, величина магнитной силы на токоведущем проводе определяется как:

Направление магнитного поля можно найти с помощью правила правой руки. Чтобы определить направление, поднимите правую руку (левая не работает!). Укажите указательным пальцем в направлении тока, а средний палец — в направлении поля.Ваш большой палец будет указывать в направлении магнитной силы.

Рассмотрим пример. Показанный провод левитирует магнитным полем. Какова величина и направление магнитного поля, необходимого для левитации этого провода?

Сначала определите, какая магнитная сила должна действовать на провод. Если провод подвешен в воздухе, на него действуют две силы. Существует направленная вниз сила тяжести и восходящая сила из-за магнитного поля.Следовательно, магнитная сила, действующая на провод вверх, должна быть равна силе тяжести, действующей вниз.

Теперь вы можете рассчитать величину магнитного поля, необходимого для создания этой силы, используя формулу, которую мы исследовали ранее. Чтобы получить максимальную силу с наименьшим магнитным полем, поле должно быть перпендикулярно направлению тока.

Наконец, используйте правило правой руки, чтобы найти направление магнитного поля.Правой рукой укажите указательным пальцем в направлении тока (влево), а большим пальцем — в направлении силы (вверх). Затем ваш средний палец укажет направление, в котором должно быть направлено поле.

Наконец, используйте правило правой руки, чтобы найти направление магнитного поля. Правой рукой укажите указательным пальцем в направлении тока (влево), а большим пальцем — в направлении силы (вверх), тогда ваш средний палец будет указывать в направлении, в котором должно быть направлено поле.Итак, чтобы левитировать этот токопроводящий провод, вам понадобится магнитное поле 0,065 Тл, направленное наружу в направлении + z .

Два параллельных токоведущих провода

Теперь вы знаете, что токоведущий провод может как создавать магнитное поле, так и испытывать силу, обусловленную магнитным полем. Как вы думаете, что произойдет, если вы разместите два токоведущих провода рядом друг с другом и параллельно?

Каждый провод создает магнитное поле, которое воздействует на другой провод! Это приведет к тому, что провода будут либо притягиваться друг к другу, либо отталкиваться друг от друга.Если ток в проводах идет в одном направлении, они будут оказывать друг на друга силы притяжения. Однако, если ток в одном из проводов идет в направлении, противоположном току в другом проводе, тогда провода будут отталкивать друг друга.

Это уравнение включает константу магнитной проницаемости свободного пространства, сокращенную греческой буквой мю. Значение этой постоянной составляет:

1,26 x 10-6 Тл * м / А.

Если два провода длиной 1,0 м расположены на расстоянии 1 см (0,01 м) друг от друга и параллельны друг другу, и оба пропускают ток 20 А в положительном направлении x , какая магнитная сила действует между ними?

Поскольку по проводам проходит ток в одном направлении, сила будет притягивающей, и вы можете использовать предыдущее уравнение для вычисления величины этой силы. Как видите, имеем:

Токовые петли

Что произойдет, если согнуть прямой провод в петлю? На разные стороны петли действуют силы в разных направлениях, потому что ток течет в разных направлениях.Если сила прилагается вверх к одной стороне петли, она будет прилагаться вниз с другой стороны. Это означает, что результирующая сила на токовой петле в магнитном поле будет равна нулю. Однако эти силы могут по-прежнему создавать крутящий момент, который заставит петлю вращаться. По сути, это основа того, как работают электродвигатели!

Краткое содержание урока

Давайте на мгновение вспомним важную информацию, которую мы узнали о понимании сил, действующих на токоведущие провода в магнитных полях.Проще говоря, токоведущие провода создают магнитные поля, и они также испытывают силу при помещении в магнитное поле.

Для длинного прямого провода в магнитном поле магнитная сила, действующая на него, определяется по формуле:

Когда два токоведущих провода параллельны друг другу, они будут оказывать друг на друга магнитные силы, поскольку оба создают магнитные поля. Если проволока согнута в петлю, результирующая сила, действующая на нее, будет равна нулю, но все же может существовать крутящий момент, который заставляет проволоку вращаться.

22.7 Магнитная сила на проводнике с током — College Physics

Поскольку заряды обычно не могут покинуть проводник, магнитная сила, действующая на заряды, движущиеся в проводнике, передается самому проводнику.

Рисунок 22.30 Магнитное поле действует на провод с током в направлении, заданном правилом правой руки 1 (в том же направлении, что и на отдельные движущиеся заряды). Эта сила может быть достаточно большой, чтобы переместить провод, поскольку типичные токи состоят из очень большого количества движущихся зарядов.

Мы можем получить выражение для магнитной силы, действующей на ток, суммируя магнитные силы, действующие на отдельные заряды. (Силы складываются, потому что они направлены в одном направлении.) Сила, действующая на отдельный заряд, движущийся со скоростью дрейфа vdvd, определяется выражением F = qvdBsinθF = qvdBsinθ. Принимая BB размера 12 {B} {}, чтобы быть однородным по длине провода ll и нулю в другом месте, общая магнитная сила на проводе тогда F = (qvdBsinθ) (N) F = (qvdBsinθ) (N) size 12 { F = \ (ital «qv» rSub {size 8 {d}} B «sin» θ \) \ (N \)} {}, где размер NN 12 {N} {} — количество носителей заряда в отрезок провода длиной лл 12 {л} {} .Теперь N = nVN = nV, размер 12 {N = ital «nV»} {}, где nn размером 12 {n} {} — это количество носителей заряда на единицу объема, а VV размером 12 {V} {} — это объем провода в поле. Учитывая, что V = AlV = Al, размер 12 {V = ital «Al»} {}, где AA, размер 12 {A} {} — это площадь поперечного сечения провода, тогда сила, действующая на провод, равна F = (qvdBsinθ ) (nAl) F = (qvdBsinθ) (nAl). Собирая условия,

F = (nqAvd) lBsinθ.F = (nqAvd) lBsinθ. размер 12 {F = \ (ital «nqAv» rSub {size 8 {d}} \) ital «lB» «sin» θ} {}

22,15

Поскольку nqAvd = InqAvd = I размер 12 {ital «nqAv» rSub {size 8 {d}} = I} {} (см. Current),

F = IlBsinθF = IlBsinθ размер 12 {F = ital «IlB» «sin» θ} {}

22.16

— это уравнение для магнитной силы на длине ll провода, по которому проходит ток II, в однородном магнитном поле BB , как показано на рисунке 22.31. Если мы разделим обе части этого выражения на ll, мы обнаружим, что магнитная сила на единицу длины провода в однородном поле равна Fl = IBsinθFl = IBsinθ size 12 {{{F} over {l}} = ital «IB» » sin «θ} {}. Направление этой силы задается RHR-1 с большим пальцем в направлении текущего размера II 12 {I} {}. Затем пальцами в направлении BB размера 12 {B} {} перпендикуляр к ладони указывает в направлении FF размера 12 {F} {}, как на рисунке 22.31.

Рисунок 22.31 Сила, действующая на провод с током в магнитном поле, равна F = IlBsinθF = IlBsinθ размер 12 {F = ital «IlB» «sin» θ} {}. Его направление задает RHR-1.

Пример 22.4

Расчет магнитной силы на токоведущем проводе: сильное магнитное поле

Рассчитайте усилие на провод, показанное на рис. 22.30, для B = 1,50 TB = 1,50 T, размер 12 {B = 1 «.» «50» «T»} {}, l = 5,00 cml = 5,00 см размер 12 {l = 5 «.» «00» «cm»} {}, и I = 20.0AI = 20.0A, размер 12 {I = «20» «.»0 A} {}.

Стратегия

Сила может быть найдена с данной информацией, используя F = IlBsinθF = IlBsinθ размер 12 {F = ital «IlB» «sin» θ} {} и отмечая, что угол θθ размер 12 {θ} {} между II размером 12 {I} {} и BB размер 12 {B} {} составляет 90º90º, так что sinθ = 1sinθ = 1.

Решение

Ввод заданных значений в F = IlBsinθF = IlBsinθ size 12 {F = ital «IlB» «sin» θ} {} дает

F = IlBsinθ = 20.0 A0.0500 m1.50 T1 .F = IlBsinθ = 20.0 A0.0500 м1,50 Т1. размер 12 {F = ital «IlB» «sin» θ = left («20» «.»0» A «справа) слева (0». «» 0500 «» m «справа) слева (1». «» 50 «» T «справа) слева (1 справа)} {}

22,17

Единицы измерения для тесла 1 T = NA⋅m1 T = NA⋅m размер 12 {«1 T» = {{N} больше {A cdot m}}} ​​{}; таким образом,

F = 1,50 NF = 1,50 N. размер 12 { F = 1 «.» «50» «N»} {}

22,18

Обсуждение

Это большое магнитное поле создает значительную силу на небольшой длине провода.

Магнитная сила на токоведущих проводниках используется для преобразования электрической энергии в работу.(Двигатели являются ярким примером — они используют проволочные петли и рассматриваются в следующем разделе.) Магнитогидродинамика (MHD) — это техническое название, данное умному приложению, в котором магнитная сила перекачивает жидкости без движущихся механических частей. (См. Рисунок 22.32.)

Рисунок 22.32 Магнитогидродинамика. Магнитная сила, действующая на ток, проходящий через эту жидкость, может использоваться в качестве немеханического насоса.

К трубке прикладывается сильное магнитное поле, и через жидкость проходит ток под прямым углом к ​​полю, в результате чего сила, действующая на жидкость, параллельна оси трубки, как показано.Отсутствие движущихся частей делает его привлекательным для перемещения горячего химически активного вещества, такого как жидкий натрий, используемый в некоторых ядерных реакторах. Экспериментальные искусственные сердца проходят испытания с использованием этого метода перекачивания крови, возможно, чтобы избежать неблагоприятного воздействия механических насосов. (Однако на клеточные мембраны влияют большие поля, необходимые для МГД, что задерживает его практическое применение у людей.) МГД-двигательная установка для атомных подводных лодок была предложена, поскольку она могла бы быть значительно тише, чем обычные гребные винты.Сдерживающая ценность атомных подводных лодок основана на их способности укрыться и пережить первый или второй ядерный удар. По мере того как мы медленно разбираем наши арсеналы ядерного оружия, подразделение подводных лодок будет выведено из эксплуатации последним из-за этой способности (см. Рис. 22.33). Существующие приводы MHD тяжелые и неэффективные — требуется большая работа по развитию.

Рис. 22.33 Двигательная установка МГД на атомной подводной лодке может создавать значительно меньшую турбулентность, чем гребные винты, и позволять ей работать более бесшумно.Создание подводной лодки с бесшумным двигателем было инсценировано в книге и фильме The Hunt for Red October .

22.7 Магнитная сила на проводнике с током — Физика колледжа, главы 1-17

Магнитная сила на токопроводящем проводе

• Опишите влияние магнитной силы на проводник с током.
• Рассчитайте магнитную силу на проводнике с током.

Поскольку заряды обычно не могут покинуть проводник, магнитная сила, действующая на заряды, движущиеся в проводнике, передается самому проводнику.

Магнитное поле воздействует на провод с током в направлении, заданном правилом правой руки 1 (в том же направлении, что и на отдельные движущиеся заряды). Эта сила может быть достаточно большой, чтобы переместить провод, поскольку типичные токи состоят из очень большого количества движущихся зарядов.

Мы можем получить выражение для магнитной силы, действующей на ток, суммируя магнитные силы, действующие на отдельные заряды. (Силы складываются, потому что они в одном направлении.) Сила, действующая на отдельный заряд, движущийся со скоростью дрейфа vdvd, определяется выражением F = qvdBsinθF = qvdBsinθ. Принимая BB размера 12 {B} {}, чтобы быть однородным по длине провода ll и нулю в другом месте, общая магнитная сила на проводе тогда F = (qvdBsinθ) (N) F = (qvdBsinθ) (N) size 12 { F = (курсив «qv» rSub {размер 8 {d}} B «sin» θ) (N)} {}, где размер NN 12 {N} {} — количество носителей заряда в сечении провода длина ll размер 12 {l} {} . Теперь N = nVN = nV, размер 12 {N = ital «nV»} {}, где nn размером 12 {n} {} — это количество носителей заряда на единицу объема, а VV размером 12 {V} {} — это объем провода в поле.Учитывая, что V = AlV = Al, размер 12 {V = ital «Al»} {}, где AA, размер 12 {A} {} — это площадь поперечного сечения провода, тогда сила, действующая на провод, равна F = (qvdBsinθ ) (nAl) F = (qvdBsinθ) (nAl). Условия сбора,

F = (nqAvd) lBsinθ.F = (nqAvd) lBsinθ. размер 12 {F = (ital «nqAv» rSub {size 8 {d}}) ital «lB» «sin» θ} {}

Поскольку nqAvd = InqAvd = I размер 12 {ital «nqAv» rSub {size 8 {d}} = I} {} (см. Текущий),

F = IlBsinθF = IlBsinθ размер 12 {F = ital “IlB” ”sin” θ} {}

— это уравнение для магнитной силы на длине 11 провода, по которому проходит ток II в однородном магнитном поле BB , как показано в [ссылка].Если мы разделим обе части этого выражения на ll, мы обнаружим, что магнитная сила на единицу длины провода в однородном поле равна Fl = IBsinθFl = IBsinθ size 12 {{{F} over {l}} = ital «IB» » грех ”θ} {}. Направление этой силы задается RHR-1 с большим пальцем в направлении текущего размера II 12 {I} {}. Затем пальцами в направлении BB размера 12 {B} {} перпендикуляр к ладони указывает в направлении FF размера 12 {F} {}, как в [ссылка].

Сила, действующая на провод с током в магнитном поле, равна F = IlBsinθF = IlBsinθ размер 12 {F = ital «IlB» «sin» θ} {}.Его направление задает RHR-1.

Расчет магнитной силы на проводе с током: сильное магнитное поле

Рассчитайте усилие на провод, показанное в [ссылка], для B = 1,50 TB = 1,50 T, размер 12 {B = 1 “.” «50» «T»} {}, l = 5,00 см l = 5,00 см размер 12 {l = 5 «.» «00» »см»} {}, и I = 20,0AI = 20,0A, размер 12 {I = «20 ″«. » 0 A} {}.

Стратегия

Сила может быть найдена с данной информацией, используя F = IlBsinθF = IlBsinθ размер 12 {F = ital «IlB» «sin» θ} {} и отмечая, что угол θθ размер 12 {θ} {} между II размером 12 {I} {} и BB размер 12 {B} {} составляет 90º90º, так что sinθ = 1sinθ = 1.

Решение

Ввод заданных значений в F = IlBsinθF = IlBsinθ size 12 {F = ital «IlB» «sin» θ} {} дает

F = IlBsinθ = 20.0 A0.0500 м1.50 T1 .F = IlBsinθ = 20.0 A0.0500 м1.50 T1. размер 12 {F = ital «IlB» »sin» θ = слева («20» «.» 0 ″ A »справа) слева (0«. »« 0500 »» m »справа) слева (1«. »« 50 ”” T ”справа) слева (1 справа)} {}

Единицы тесла: 1 T = NA⋅m1 T = NA⋅m размер 12 {«1 T» = {{N} больше {A cdot m}}} ​​{}; таким образом,

F = 1,50 N.F = 1,50 N. размер 12 {F = 1 “.”“ 50 ”” N ”} {}

Обсуждение

Это большое магнитное поле создает значительную силу на небольшой длине провода.

Магнитная сила на токоведущих проводниках используется для преобразования электрической энергии в работу. (Двигатели являются ярким примером — они используют проволочные петли и рассматриваются в следующем разделе.) Магнитогидродинамика (MHD) — это техническое название, данное умному приложению, в котором магнитная сила перекачивает жидкости без движущихся механических частей. (См. [Ссылка].)

Магнитогидродинамика. Магнитная сила, действующая на ток, проходящий через эту жидкость, может использоваться в качестве немеханического насоса.

К трубке прикладывается сильное магнитное поле, и через жидкость проходит ток под прямым углом к ​​полю, в результате чего сила, действующая на жидкость, параллельна оси трубки, как показано. Отсутствие движущихся частей делает его привлекательным для перемещения горячего химически активного вещества, такого как жидкий натрий, используемый в некоторых ядерных реакторах. Экспериментальные искусственные сердца проходят испытания с использованием этого метода перекачивания крови, возможно, чтобы избежать неблагоприятного воздействия механических насосов.(Однако на клеточные мембраны влияют большие поля, необходимые для МГД, что задерживает его практическое применение у людей.) МГД-двигательная установка для атомных подводных лодок была предложена, поскольку она могла бы быть значительно тише, чем обычные гребные винты. Сдерживающая ценность атомных подводных лодок основана на их способности укрыться и пережить первый или второй ядерный удар. По мере того, как мы медленно разбираем наши арсеналы ядерного оружия, подводная ветка будет последней, которая будет выведена из эксплуатации из-за этой способности (см. [Ссылка].) Существующие диски MHD тяжелые и неэффективные — требуется большая работа по развитию.

Двигательная установка МГД на атомной подводной лодке может создавать значительно меньшую турбулентность, чем гребные винты, и позволять ей работать более бесшумно. Разработка подводной лодки с бесшумным двигателем была инсценирована в книге и фильме Охота за красным октябрем .

• Магнитная сила на токоведущих проводниках определяется выражением

  F = IlBsinθ, F = IlBsinθ, размер 12 {F = ital “IlB” ”sin” θ} {}

  , где II размер 12 {I} {} — ток, ll размер 12 {l} {} — длина прямого проводника в однородном магнитном поле BB размер 12 {B} {} и θθ размер 12 {θ} {} — это угол между II размера 12 {I} {} и BB размером 12 {B} {} .Сила следует за RHR-1 большим пальцем в направлении II размер 12 {I} {} .

Нарисуйте набросок ситуации в [ссылка], показывающий направление электронов, переносящих ток, и используйте RHR-1, чтобы проверить направление силы на провод.

Убедитесь, что направление силы в МГД-приводе, таком как в [ссылка], не зависит от знака зарядов, переносящих ток через жидкость.

Почему магнитогидродинамический привод лучше работает в океанской воде, чем в пресной? Кроме того, зачем нужны сверхпроводящие магниты?

Что с большей вероятностью повлияет на показания компаса: переменный ток в холодильнике или постоянный ток при запуске автомобиля? Объяснять.

Какое направление магнитной силы действует на ток в каждом из шести случаев в [ссылка]?

(а) запад (слева)

(b) на стр.

(в) север (верх)

(d) нет силы

(д) восток (правый)

(е) юг (низ)

Каково направление тока, который испытывает магнитную силу, показанную в каждом из трех случаев в [link], при условии, что ток проходит перпендикулярно BB размера 12 {B} {}?

Каково направление магнитного поля, которое создает магнитную силу, показанную на токах в каждом из трех случаев в [link], при условии, что BB размер 12 {B} {} перпендикулярен II размера 12 {I} {}?

(a) на стр.

(б) запад (слева)

(c) вне страницы

(а) Какова сила на метр в разряде молнии на экваторе, который переносит 20 000 А перпендикулярно земным 3.00 × 10-5-Т3.00 × 10-5-Т размер 12 {3 “.” «00» умножить на «10» поле rSup {size 8 {- 5}} «-T»} {}? (б) Каково направление силы, если ток идет прямо вверх, а направление поля Земли строго на север, параллельно земле?

(a) Линия электропередачи постоянного тока для системы легкорельсового транспорта передает ток 1000 А под углом 30,0 ° 30,0 ° к земной поверхности 5,00 × 10–5-T5,00 × 10–5-T размером 12 {5 «». «00» умножить на «10» поле rSup {size 8 {- 5}} «-T»} {}. Какая сила действует на 100-метровом участке этой линии? (b) Обсудите практические проблемы, которые это представляет, если таковые имеются.

(а) 2.50 с.

(b) Это примерно полфунта силы на 100 м проволоки, что намного меньше веса самой проволоки. Поэтому особых опасений не вызывает.

Какая сила действует на воду в МГД-приводе, использующем трубку диаметром 25,0 см, если через трубку проходит ток 100 А, перпендикулярный магнитному полю 2,00 Тл? (Относительно небольшой размер этой силы указывает на необходимость очень больших токов и магнитных полей для создания практических МГД-приводов.)

Провод, по которому течет ток 30,0 А, проходит между полюсами сильного магнита, перпендикулярного его полю, и испытывает силу 2,16 Н на 4,00 см провода в поле. Какая средняя напряженность поля?

(a) Отрезок кабеля длиной 0,750 м, по которому идет ток к стартеру автомобиля, составляет угол 60º60º с полем Земли 5,50 × 10–5 Тл5,50 × 10–5 Тл. Каков ток, когда на проволоку действует сила 7,00 × 10–3Н7,00 × 10–3Н? (б) Если пропустить провод между полюсами сильного подковообразного магнита, подвергая 5.00 см до поля 1,75 Тл, какая сила действует на этот отрезок провода?

(a) Каков угол между проводом, по которому течет ток 8,00 А, и полем 1,20 Тл, в котором он находится, если на 50,0 см провода действует магнитная сила 2,40 Н? (b) Какова сила, действующая на трос, если он повернут на угол 90º90º размером 12 {«90 ″ °} {} с полем?

(a) 30º30º размер 12 {«30 ″ °} {}

(б) 4.80 с.ш.

Сила, действующая на прямоугольную проволочную петлю в магнитном поле в [link], может использоваться для измерения напряженности поля.Поле однородное, плоскость петли перпендикулярна полю. а) Каково направление магнитной силы на петле? Обоснуйте утверждение, что силы на сторонах петли равны и противоположны, независимо от того, какая часть петли находится в поле, и не влияют на результирующую силу, действующую на петлю. (b) Если используется ток 5,00 А, какова сила на тесла в петле шириной 20,0 см?

Прямоугольная петля из проволоки, по которой проходит ток, перпендикулярна магнитному полю.Поле однородно в показанной области и равно нулю за пределами этой области.

11.4 Магнитная сила на проводнике с током — University Physics Volume 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определите направление, в котором токоведущий провод испытывает силу во внешнем магнитном поле
• Расчет силы на токоведущем проводе во внешнем магнитном поле

Движущиеся заряды испытывают силу в магнитном поле.Если эти движущиеся заряды находятся в проводе, то есть если по проводу течет ток, на провод также должна воздействовать сила. Однако, прежде чем обсуждать силу, действующую на ток со стороны магнитного поля, мы сначала исследуем магнитное поле, создаваемое электрическим током. Здесь мы изучаем два отдельных эффекта, которые тесно взаимодействуют: провод с током создает магнитное поле, а магнитное поле оказывает силу на провод с током.

Магнитные поля, создаваемые электрическим током

Обсуждая исторические открытия в области магнетизма, мы упомянули открытие Эрстеда о том, что провод, по которому проходит электрический ток, вызывает отклонение расположенного поблизости компаса.Было установлено, что электрические токи создают магнитные поля. (Эта связь между электричеством и магнетизмом более подробно обсуждается в Источниках магнитных полей.)

Стрелка компаса рядом с проволокой испытывает силу, которая выравнивает касательную иглы к окружности вокруг проволоки. Следовательно, токоведущий провод создает кольцевые петли магнитного поля. Чтобы определить направление магнитного поля, создаваемого проводом, мы используем второе правило правой руки. В RHR-2 ваш большой палец указывает в направлении тока, в то время как ваши пальцы охватывают провод, указывая в направлении создаваемого магнитного поля (Рисунок 11.11). Если магнитное поле попадало на вас или выходило за пределы страницы, мы обозначаем это точкой. Если бы магнитное поле проникало на страницу, мы представляем это с помощью [латекса] ×. [/ Latex] Эти символы взяты из рассмотрения векторной стрелки: стрелка, направленная к вам, с вашей точки зрения, будет выглядеть как точка или кончик стрелки. Стрелка, направленная от вас, с вашей точки зрения будет выглядеть как крест или [латекс] × [/ латекс] Составной эскиз магнитных кругов показан на рисунке 11.11, где показано, что напряженность поля уменьшается по мере удаления от провода петлями, которые более удалены друг от друга.

Рисунок 11.11 (a) Когда провод находится в плоскости бумаги, поле перпендикулярно бумаге. Обратите внимание на символы, используемые для поля, указывающего внутрь (например, хвоста стрелки), и поля, указывающего наружу (например, кончика стрелки). (б) Длинный и прямой провод создает поле с силовыми линиями магнитного поля, образующими кольцевые петли.

Расчет магнитной силы

Электрический ток — это упорядоченное движение заряда.Следовательно, провод с током в магнитном поле должен испытывать силу, создаваемую этим полем. Чтобы исследовать эту силу, давайте рассмотрим бесконечно малое сечение провода, как показано на рисунке 11.12. Длина и площадь поперечного сечения секции составляют дл и A соответственно, поэтому ее объем составляет [латекс] V = A · дл. [/ Латекс] Проволока сформирована из материала, содержащего заряд n . носителей на единицу объема, поэтому количество носителей заряда в секции [латекс] нА · дл.[/ latex] Если носители заряда движутся со скоростью дрейфа [latex] {\ stackrel {\ to} {\ textbf {v}}} _ {\ text {d}}, [/ latex] текущий I в провод (от тока и сопротивления)

[латекс] I = neA {v} _ {d}. [/ Latex]

Магнитная сила на любом отдельном носителе заряда равна [латекс] e {\ stackrel {\ to} {\ textbf {v}}} _ {\ text {d}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ stackrel {\ to} {\ textbf {B}}, [/ latex], поэтому общая магнитная сила [латекс] d \ stackrel {\ to} {\ textbf {F}} [/ latex] на носителях заряда [latex] nA · dl [/ latex] в сечении провода —

[латекс] d \ stackrel {\ to} {\ textbf {F}} = \ left (nA · dl \ right) e {\ stackrel {\ to} {\ textbf {v}}} _ {\ text {d }} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ stackrel {\ to} {\ textbf {B}}. [/ Latex]

Мы можем определить dl как вектор длиной dl , указывающий вдоль [latex] {\ stackrel {\ to} {\ textbf {v}}} _ {\ text {d}}, [/ latex] который позволяет нам переписать это уравнение как

[латекс] d \ stackrel {\ to} {\ textbf {F}} = neA {v} _ {\ text {d}} \ stackrel {\ to} {\ textbf {dl}} \ phantom {\ rule { 0.2em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ stackrel {\ to} {\ textbf {B}}, [/ latex]

или

[латекс] д \ stackrel {\ to} {\ textbf {F}} = I \ stackrel {\ to} {\ textbf {dl}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ stackrel {\ to} {\ textbf {B}}. [/ Latex]

Это сила магнитного поля на отрезке провода. Обратите внимание, что на самом деле это результирующая сила, действующая со стороны поля на сами носители заряда. Направление этой силы задается RHR-1, где вы указываете пальцами в направлении тока и сгибаете их к полю. Затем ваш большой палец указывает в направлении силы.

Рисунок 11.12 Бесконечно малое сечение токоведущего провода в магнитном поле.

Чтобы определить магнитную силу [латекс] \ stackrel {\ to} {\ textbf {F}} [/ latex] на провод произвольной длины и формы, мы должны интегрировать уравнение 11.12 по всей проводке. Если сечение провода прямое и B однородное, дифференциалы уравнения становятся абсолютными величинами, что дает нам

[латекс] \ stackrel {\ to} {\ textbf {F}} = I \ stackrel {\ to} {\ textbf {l}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} × \ phantom {\ правило {0.2em} {0ex}} \ stackrel {\ to} {\ textbf {B}}. [/ latex]

Это сила, действующая на прямой провод с током в однородном магнитном поле.

Пример

Уравновешивание гравитационных и магнитных сил на проводе с током

Провод длиной 50 см и массой 10 г подвешен в горизонтальной плоскости на паре гибких проводов (рисунок 11.13). Затем на проволоку действует постоянное магнитное поле величиной 0,50 Тл, которое направлено, как показано. Каковы величина и направление тока в проводе, необходимые для снятия напряжения в опорных выводах?

Рис. 11.13 (a) Проволока, подвешенная в магнитном поле.(б) Схема свободного тела для проволоки.

Стратегия

Из диаграммы свободного тела на рисунке, натяжения в опорных выводах стремятся к нулю, когда гравитационная и магнитная силы уравновешивают друг друга. Используя RHR-1, мы обнаруживаем, что магнитная сила направлена ​​вверх. Затем мы можем определить ток I , приравняв две силы.

Решение

Показать ответ

Приравняйте две силы веса и магнитного поля к проводу:

[латекс] мг = IlB.{2} \ right)} {\ left (0.50 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {m} \ right) \ left (0.50 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {T} \ right)} = 0,39 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {A.} [/ latex]

Значение

Это сильное магнитное поле создает значительную силу на длине провода, чтобы противодействовать его весу.

Пример

Расчет магнитной силы на токоведущем проводе

По длинному жесткому проводу, проложенному вдоль оси y , проходит ток 5,0 А в положительном направлении y .(a) Если постоянное магнитное поле величиной 0,30 Тл направлено вдоль положительной оси x , какова магнитная сила на единицу длины на проводе? (b) Если постоянное магнитное поле 0,30 Тл направлено на 30 градусов от оси + x к оси + y , какова магнитная сила на единицу длины на проводе?

Стратегия

Магнитная сила, действующая на провод с током в магнитном поле, определяется выражением [latex] \ stackrel {\ to} {\ textbf {F}} = I \ stackrel {\ to} {\ textbf {l}} \ phantom {\ правило {0.2em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ stackrel {\ to} {\ textbf {B}}. [/ Latex] Для части а, поскольку ток и магнитное поле перпендикулярны в этой задаче мы можем упростить формулу, чтобы дать нам величину и найти направление через RHR-1. Угол θ составляет 90 градусов, что означает [латекс] \ text {sin} \ phantom {\ rule {0.1em} {0ex}} \ theta = 1. [/ Latex] Кроме того, длину можно разделить на в левой части, чтобы найти силу на единицу длины. Для части b текущая длина, умноженная на длину, записывается в обозначении единичного вектора, а также магнитное поле.После взятия перекрестного произведения направленность очевидна по результирующему единичному вектору.

Решение

Показать ответ

1. Начнем с общей формулы магнитной силы на проводе. Мы ищем силу на единицу длины, поэтому мы делим ее на длину, чтобы вывести ее в левую часть. Мы также устанавливаем [latex] \ text {sin} \ phantom {\ rule {0.1em} {0ex}} \ theta = 1. [/ Latex] Следовательно, решение —
   

   [латекс] \ begin {array} {ccc} \ hfill F & = \ hfill & IlB \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {sin} \ phantom {\ rule {0.1em} {0ex}} \ theta \ hfill \\ \ hfill \ frac {F} {l} & = \ hfill & \ left (5.0 \ фантом {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {A} \ right) \ left (\ text {0.30 T} \ right) \ hfill \\ \ hfill \ frac {F} {l} & = \ hfill & 1.5 \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {Н / м.} \ Hfill \ end {array} [/ latex]

   
   Направленность: Укажите пальцами в положительном направлении y и согните пальцы в положительном направлении x . Ваш большой палец будет указывать в направлении [latex] \ text {-} \ stackrel {\ to} {\ textbf {k}} [/ latex].Следовательно, с учетом направленности решение будет
   

   [латекс] \ frac {\ stackrel {\ to} {\ textbf {F}}} {l} = — 1.5 \ stackrel {\ to} {\ textbf {k}} \ phantom {\ rule {0.2em} { 0ex}} \ text {Н / м.} [/ Latex]

2. Текущее значение, умноженное на длину, и магнитное поле записываются в виде единичного вектора. Затем возьмем векторное произведение, чтобы найти силу:
   

   [латекс] \ begin {array} {ccc} \ hfill \ stackrel {\ to} {\ textbf {F}} & = \ hfill & I \ stackrel {\ to} {\ textbf {l}} \ phantom {\ правило {0.2em} {0ex}} × \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ stackrel {\ to} {\ textbf {B}} = \ left (5.0A \ right) l \ hat {\ textbf {j}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex} } × \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ left (0,30T \ text {cos} \ left (30 \ text {°} \ right) \ hat {\ textbf {i}} + 0,30T \ фантом {\ rule {0.1em} {0ex}} \ text {sin} \ left (30 \ text {°} \ right) \ hat {\ textbf {j}} \ right) \ hfill \\ \ hfill \ stackrel { \ to} {\ textbf {F}} \ text {/} l & = \ hfill & -1.30 \ hat {\ textbf {k}} \ phantom {\ rule {0.2em} {0ex}} \ text {Н / м .} \ hfill \ end {array} [/ latex]

Значение

Это большое магнитное поле создает значительную силу на небольшой длине провода.По мере того, как угол магнитного поля становится более близким к току в проводе, на него действует меньшая сила, как видно из сравнения частей a и b.

Проверьте свое понимание

Прямой гибкий медный провод погружают в магнитное поле, направленное внутрь страницы. (а) Если ток в проводе течет в направлении + x , в какую сторону будет изгибаться провод? (b) В какую сторону изгибается провод, если ток течет в направлении — x ?

Показать решение

а.наклоняется вверх; б. наклоняется вниз

Пример

Сила на круглом проводе

Круговая токовая петля радиусом R , по которой проходит ток I , расположена в плоскости xy . Постоянное однородное магнитное поле прорезает петлю параллельно оси y (рисунок 11.14). Найдите магнитную силу на верхней половине петли, нижней половине петли и общую силу на петле.

Рисунок 11.14 Петля из провода, по которой течет ток в магнитном поле.

Стратегия

Магнитная сила на верхнем контуре должна быть записана в терминах дифференциальной силы, действующей на каждый сегмент контура. Если мы интегрируем по каждому дифференциальному элементу, мы решаем общую силу на этом участке петли. Сила, действующая на нижнюю петлю, определяется аналогичным образом, а общая сила складывается из этих двух сил.

Решение

Показать ответ

Дифференциальное усилие на произвольном отрезке проволоки, расположенном на верхнем кольце, составляет:

[латекс] dF = IB \ phantom {\ rule {0.1em} {0ex}} \ text {sin} \ phantom {\ rule {0.1em} {0ex}} \ theta \ phantom {\ rule {0.1em} {0ex}} dl. [/ Latex]

, где [латекс] \ theta [/ latex] — угол между направлением магнитного поля (+ y ) и отрезком провода. Дифференциальный сегмент расположен на том же радиусе, поэтому, используя формулу длины дуги, мы имеем:

[латекс] \ begin {array} {ccc} \ hfill dl & = \ hfill & R \ phantom {\ rule {0.1em} {0ex}} d \ theta \ hfill \\ \ hfill dF & = \ hfill & IBR \ phantom {\ rule {0.1em} {0ex}} \ text {sin} \ phantom {\ rule {0.{} = — 2IBR. [/ Латекс]

Чистая сила — это сумма этих сил, которая равна нулю.

Значение

Полная сила на любом замкнутом контуре в однородном магнитном поле равна нулю. Несмотря на то, что каждая часть петли имеет силу, действующую на нее, результирующая сила, действующая на систему, равна нулю. (Обратите внимание, что на петле есть чистый крутящий момент, который мы рассмотрим в следующем разделе.)

Сила, действующая на движущиеся частицы и токопроводящий провод с примерами

Сила, действующая на движущиеся частицы и токопроводящий провод

Как мы узнали ранее, заряженные частицы создают вокруг себя электрическое поле.В электрическом поле на заряженные частицы действует сила F = qE. Движение зарядов в электрическом поле производит ток, в результате чего создается магнитное поле. Это магнитное поле действует на заряженные частицы внутри поля. Эксперименты, проведенные по этому вопросу, показывают, что мы можем найти силу, действующую на провод с током, по следующей формуле:

F = B.i.l.sinß

где B — напряженность магнитного поля, i — сила тока, l — длина провода, а ß — угол между магнитным полем и проводом.

Находим направление силы по правилу правой руки. На приведенном ниже рисунке показано направление тока и силы магнитного поля;

Если угол между током и магнитным полем ß;

1. ß = 0, тогда sinß = 0, F = 0

2.ß = 180, тогда sinß = 0, F = 0

3. ß = 90, тогда sinß = 1, F = B.i.l

Можно сказать, что если направление тока и магнитное поле параллельны друг другу, то на провод не действует сила.

Пример: Какая из магнитных сил, действующих на провода, равна нулю, как показано на рисунке ниже?

Поскольку направления токов i ₁ и i ₂ параллельны направлению магнитного поля, на эти токи не действует сила. F ₁ = F ₂ = 0

i ₃ ток перпендикулярен магнитному полю, таким образом,

F ₃ = B.i ₃ .l

Направление магнитной силы к нам.

Пример: Найдите направления магнитных сил, действующих на токи i1, i ₂ в постоянном магнитном поле.

Магнитные силы, действующие на токи i1 и i2, показаны на рисунке ниже.

Сила, действующая на заряженную частицу

Сила, действующая на ток, объяснена выше. Мы узнали, что ток создается движением заряженных частиц. Таким образом, сила, действующая на провод с током, представляет собой сумму сил, действующих на каждую заряженную частицу, через которую проходит этот ток. Если частица имеет заряд q , скорость v и она помещена в магнитное поле с силой B , действующей на эту частицу, а ß — расстояние между скоростью и магнитным полем определяется по следующей формуле;

F = q.v.B . sinß

Если;

1. v = 0, тогда F = 0 нет силы, действующей на неподвижную частицу в магнитном поле.

2. ß = 0, тогда sin0 = 0 и F = 0

3. ß = 180, тогда sin180 = 0 и F = 0, силовые линии магнитного поля и скорость частицы параллельны друг другу, тогда на них не действует сила.

4. ß = 90, тогда sin90 = 1, F = q.v.B

Силы токов, переносящих провода друг к другу

Эксперименты, проведенные на этом предмете, показывают, что токи в одном направлении притягиваются друг к другу, поскольку они создают противоположные магнитные поля.Напротив, токи в противоположных направлениях отталкиваются друг от друга, поскольку они создают магнитные поля, имеющие одинаковые направления. Мы находим силу, приложенную к каждому из них, по следующей формуле:

Где; l — длина проводов, d — расстояние между ними.