Задачі на тему Магнітне поле струму. Правило свердлика

Задача 1

Прямолінійний провідник масою 2 кг і довжиною 50 см помістили в однорідне магнітне поле з індукцією 10 Тл перпендикулярно до ліній індукції. Визначте силу струму в провіднику, якщо сила тяжіння врівноважується силою Ампера. Прискорення вільного падіння взяти рівним 10 м/с2

m = 2кг, l = 0,5м, B = 10 Тл, g = 10 м/с2

Рішення:

F= IBl

m*g = IBl

2*10 = I*10*0,5

20 = I*5

I = 4A

Відповідь: 4 А


Задача 2

Прямолінійний провідник масою 2 кг і довжиною 50 см помістили в однорідне магнітне поле з індукцією 15 Тл перпендикулярно до ліній індукції. Визначте силу струму в провіднику, якщо сила тяжіння врівноважується силою Ампера. Прискорення вільного падіння взяти рівним 10 м/с2

2*10 = I*15*0,5

I = 2.67 A


Задача 3

На провідник, активна довжина якого 1,5 м, в однорідному магнітному полі з індукцією 0,2 Тл діє сила 2 Н. Який заряд проходить через поперечний переріз провідника за 0,5 хв, якщо кут між напрямком струму й вектором магнітної індукції становить 30°. Відповідь дати в кулонах у вигляді цілого числа без жодних розмірностей.

B = 0,2 Тл, F = 2 Н, t = 30 c, sin 30° = 0,5, l = 1,5 м q — ?

F= IBl *sin a

I = q/t, де q — кількість заряду

q = I*t

q = t*F/(Bl *sin a) = 2/(0,2* 1,5 * 0,5 ) = 2*30/0,15 = 400

Відповідь 400 Kл


Задача 4 Визначте напрямок струму в провіднику

Визначте напрямок струму в провіднику, який перебуває у магнітному полі.

Визначаємо за правилом лівої руки: напрямок струму — ліворуч. Лінії магнітної індукції входять в долоню до нас.

За правилом лівої руки — напрямок струму вгору. Лінії магнітної індукції входять в долоню від нас.

Питання

Як можна визначити напрямок сили, що діє на провідник зі струмом в магнітному полі? За допомогою правила лівої руки 

Як зміниться сила Ампера, якщо силу струму у провіднику збільшити вдвічі? Збільшиться вдвічі 

Як зміниться сила Ампера, якщо вдвічі зменшити активну частину провідника? Вдвічі зменшиться 

Як можна змінити напрямок руху провідника зі струмом в магнітному полі? Поміняти місцями полюси магніту

Напрямок вектору магнітної індукції спрямований перпендикулярно площині струму та радіус- вектора, що проводиться від провідника до даної точки

Лінії магнітної індукції відрізняються від ліній напруженості електростатичного поля тим, що вони замкнуті 

Від яких величин залежить сила, що діє на провідник зі струмом в магнітному полі: від сили струму в провіднику, довжини провідника та величини магнітного поля

Вкажіть назву температури, за якої ферромагнетики втрачають свої магнітні властивості Кюрі

Вектор магнітної індукції магнітного поля провідника зі струмом не залежить від матеріалу провідника


Задача 5 Укажіть напрямок дії сили Ампера

Укажіть напрямок дії сили Ампера

За правилом лівої руки: напрямок дії сили Ампера — ліворуч. Лінії магнітної індукції входять в долоню від нас.

За правилом лівої руки: напрямок дії сили Ампера — праворуч. Лінії магнітної індукції входять в долоню від нас.

Задача 7

Однорідне магнітне поле, індукція якого 0,5 Тл, діє із силою 5 Н на провідник зі струмом. Визначте силу Ампера, що діятиме на цей провідник, якщо магнітна сила струму в провіднику збільшиться вдвічі, а індукція збільшиться на 0,5 Тл.

Відповідь: 20 H

Рішення:

F= IBl *sin a

B1 = 0,5 Тл, F1 = 5 H

F1 = B1 * Il*sin a

F2 = (B1 + ΔB) *2* Il*sin a

F2 = (B1 + ΔB) *2 * F1 / B1 = 20


Магнітні явища

Постійний магніт — це тіло, що тривалий час зберігає магнітні властивості.

Тимчасове намагнічування — такий вид намагнічування, за якого тіло безпосередньо контактує з природним магнітом і набуває магнітних властивостей. У цьому випадку намагнічене тіло перетворюється на штучний магніт.

Феромагнетики — сильно намагнічені речовини (залізо, сталь).

Полюси магніту — ті ділянки магніту, де магнітна дія найбільша.

Середня лінія магніту — ділянка, розташована на середині магніту, де майже немає магнітної дії.

Властивості магнітів:

  • Магнітне притягання й відштовхування притаманні залізній руді, залізу, сталі та деяким сплавам, у яких вони містяться.
  • Магніт має два полюси: північний (N) і південний (S). Різнойменні полюси магніту притягуються, а однойменні — відштовхуються. Неможливо одержати магніт тільки з одним полюсом.
  • Вільно підвішений магніт орієнтується відповідно щодо сторін світу: північний полюс магніту (N) скерований на північ, південний (S) — на південь.
  • Розподіл магнітних властивостей по всьому об’єму штучного магніту неоднорідний: на кінцях магніту сила магнітної взаємодії найбільша (це полюси магніту), а ближче до середини магнітна дія не відчувається.

Будь-який електричний струм є джерелом магнітного поля. 

Магнітне поле — стан простору, у якому діють магнітні сили.

Уявні лінії, що проходять дотичною до магнітних стрілок, називають силовими лініями магнітного поля.  

Вектор магнітної індукції

Силовою характеристикою магнітного поля є вектор магнітної індукції.

Магнітна індукція, або вектор магнітної індукції — векторна фізична величина, яка характеризує силову дію магнітного поля. Цю векторну величину позначають

\[\vec B \]

а її напрям визначають за напрямом магнітної стрілки, що перебуває в цій точці поля й показує на Північний полюс.

Одиниця вимірювання магнітної індукції в СІ — Тесла

\[ 1 Тл = \frac{1 Н}{1 А \cdot 1 м}. \]

Уявні лінії, пов’язані з напрямами магнітних стрілок, ми вже називали силовими лініями магнітного поля, але також вони мають назву лінії магнітної індукції.

Уявні лінії, дотична до яких у кожній точці спрямована в напрямі магнітного поля, тобто за вектором магнітної індукції, називають лініями магнітної індукції.

Властивості силових ліній:

  • поза магнітом виходять із північного полюса магніту й входять у південний;
  • завжди замкнені (оскільки магнітне поле — це вихрове поле);
  • ніколи не перетинаються;
  • найщільніше розміщені біля полюсів магніту.

Правило свердлика:

Якщо поступальний рух свердлика збігається з напрямком електричного струму, то ручка свердлика буде описувати напрямок поля та його силових ліній.

Правило правої руки — якщо обхопити правою рукою провідник таким чином, щоб великий палець вказував напрям струму в ньому, то решта пальців вказуватиме напрям вектора магнітної індукції.

Правило правої руки

Значення вектора магнітної індукції залежить від відстані до джерела магнітного поля.

Вектор магнітної індукції залежить від величини сили струму в провіднику, що є джерелом магнітного поля.


Магнітна дія котушки зі струмом посилюється у випадках:

  • збільшення сили струму в котушці;
  • збільшення кількості витків котушки;
  • уведення всередину котушки залізного осердя.

Електромагніт — пристрій, що створює магнітне поле під час проходження електричного струму. Електромагніт містить обмотку та осердя й набуває властивостей магніту під час проходження струму обмоткою.

Силу, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі, називають силою Ампера.

  • Збільшення струму зумовлює збільшення сили магнітної дії.
  • Зміна напрямку струму спричиняє відхилення провідника в протилежному напрямку.
  • Зміна полюсів магніту також змінює напрямок відхилення провідника.
  • Магнітна сила перпендикулярна й до ліній магнітного поля, і до напрямку струму.

Напрямок цієї сили зручно визначати за правилом лівої руки: ліву руку треба розмістити так, щоб лінії магнітної індукції входили в долоню, чотири пальці були спрямовані в напрямку проходження електричного струму, тоді відігнутий великий палець покаже напрямок сили Ампера.

Правило лівої руки

Якщо провідник розміщений перпендикулярно до ліній магнітного поля, формула для сили Ампера буде такою:

F= IBl

де І — сила струму в провіднику; В — значення вектора магнітної індукції; l — довжина провідника.

Вектор магнітної індукції — це силова характеристика магнітного поля, що чисельно дорівнює силі, яка діє на провідник завдовжки 1 м із силою струму в 1 А за умови, що він розміщений перпендикулярно до напрямку вектора магнітної індукції.

Узагальнюючи формулу для сили Ампера на випадок, якщо провідник розміщений під кутом α до ліній магнітної індукції, закон Ампера можна записати так:

F= IBl · sinα

Якщо провідник розміщений паралельно до ліній магнітної індукції, то сила з боку магнітного поля на нього не діє.

Для створення магнітного поля часто використовують соленоїд — циліндричну котушку з певною кількістю намотаних за гвинтовою лінією витків.


Гіпотеза Ампера щодо виникнення магнітних властивостей усередині певних матеріалів: причиною намагнічування є елементарні електричні струми.

Елементарний магніт, або елементарні електричні струми — коловий струм, що утворюється обертанням певних заряджених частинок усередині невеликих частинок речовини (атомів, молекул або їхніх угрупувань).

Висновки гіпотези Ампера:

  • магнітних зарядів не існує, кожний атом можна розглядати як коловий елементарний струм;
  • у ненамагніченому тілі всі елементарні струми розміщені хаотично, тому це тіло не має магнітних властивостей;
  • процес намагнічування тіла полягає в тому, що під впливом зовнішнього магнітного поля його елементарні струми певної міри починають бути паралельними одне до одного.

Усі речовини взаємодіють із магнітним полем: під дією магнітного поля вони намагнічуються, тобто створюють власне магнітне поле.

Слабомагнітні речовини:

Діамагнетики — речовини, що намагнічуються й створюють власне магнітне поле, яке спрямоване протилежно до напряму зовнішнього магнітного поля. У діамагнетиках магнітне поле послаблюється.

До них належать мідь, золото, ртуть, інертні гази, вода тощо. Тіло людини на 78% із води, тому є діамагнетиком.

Парамагнетики — речовини, що намагнічуються й створюють власне магнітне поле, яке збігається за напрямом із зовнішнім магнітним полем. У парамагнетиках магнітне поле посилюється, але незначно.

До парамагнетиків належать калій, магній, натрій, кальцій, алюміній, кисень і багато інших елементів.

Сильномагнітні речовини:

Феромагнетики — речовини або матеріали, які залишають намагніченість і в разі зникнення магнітного поля, а за його наявності підсилюють зовнішнє поле в багато разів (деякі сплави сталі можуть збільшувати поле у вісім тисяч разів).

Для феромагнетиків існує певне значення температури, із досягненням якого феромагнітні властивості речовин зникають і феромагнетики перетворюються на парамагнетики. Така температура має назву температура Кюрі, для кожного феромагнетику ця температура має певне значення: для заліза — +7700С,  для нікелю — +3540С, а для кобальту — +11270С.Назад

Температура Кюрі — це певне значення температури, за досягнення якої феромагнітні властивості речовин зникають і феромагнетики перетворюються на парамагнетики.Перейти до уроку