Что такое магнитное поле и как его изобразить
Магнитное поле создают движущиеся заряды: магнит, проводник с током, катушка. Неподвижные заряды его не создают. Увидеть поле нельзя, но оно проявляется в действии: поворачивает магнитную стрелку и действует с силой на проводник с током.
Поле рисуют линиями магнитного поля. Их свойства часто спрашивают в тестах:
- линии замкнуты, они нигде не начинаются и не заканчиваются;
- линии не пересекаются;
- там, где линии гуще, поле сильнее;
- вне магнита линии идут от северного полюса N к южному S, внутри магнита от S к N.
Направление линии в точке совпадает с тем, куда показывает северный конец магнитной стрелки. В однородном магнитном поле линии параллельны и расположены одинаково густо. Такое поле есть, например, между полюсами подковообразного магнита.
Магнитное поле тока: правило буравчика и катушка
Вокруг прямого проводника с током линии поля — окружности. Направление находят по правилу буравчика: вкручиваешь буравчик по направлению тока, и вращение его рукоятки показывает направление линий.
На рисунках провод часто показан в сечении. Точка означает ток к нам, крестик — ток от нас. Если линии идут против часовой стрелки, ток направлен к нам, если по часовой — от нас.
Для катушки используй правую руку. Четыре пальца направь по току в витках, тогда отогнутый большой палец покажет на северный полюс катушки. Магнитная стрелка рядом с ней повернётся так, чтобы её северный конец смотрел на южный полюс катушки. По положению стрелки можно и обратное: определить полюса катушки, а затем полярность подключения источника.
Индукция магнитного поля и сила Ампера
Индукция магнитного поля B — величина, которая показывает, насколько сильно поле действует на проводник с током. Это вектор: он направлен по касательной к линии поля. Единица индукции — тесла (Тл), 1 Тл = 1 Н / (А × м). Часто в условии стоят мТл: 1 мТл = 0,001 Тл.
Сила, с которой поле действует на проводник с током, называется силой Ампера:
F = B × I × l × sin α
Здесь I — сила тока, l — длина проводника в поле, α — угол между проводником и линиями поля. Если проводник перпендикулярен линиям, sin 90° = 1 и F = B × I × l. Отсюда индукция: B = F ÷ (I × l). Если проводник идёт вдоль линий, sin 0° = 0, и сила равна нулю.
В задачах на сравнение смотри, что остаётся неизменным. Например, при том же напряжении и вдвое более коротком проводнике сопротивление уменьшается вдвое, ток по закону Ома растёт вдвое, а длина падает вдвое. Сила Ампера не меняется.
Если проводник движется в поле, в нём может возникнуть ток. Это отдельная тема — электромагнитная индукция.
Как определить направление и значение силы Ампера: разбор
Задача. Слева от проводника северный полюс магнита, справа южный. Ток течёт к нам. Куда направлена сила Ампера? Затем найди её значение, если l = 20 см, B = 0,5 Тл, I = 8 А, а проводник расположен под углом 30° к линиям поля.
Направление.
- Линии поля идут от N к S, то есть слева направо. Значит, B направлена вправо.
- Берём левую руку. Располагаем её так, чтобы линии B входили в ладонь.
- Четыре пальца направляем по току, то есть к нам.
- Отогнутый на 90° большой палец показывает направление силы. У нас он смотрит вверх.
Ответ: сила направлена вверх.
Значение.
- Переводим длину в метры: 20 см = 0,2 м.
- Подставляем: F = 0,5 × 8 × 0,2 × sin 30°.
- sin 30° = ½, поэтому F = 0,8 × 0,5 = 0,4 Н.
Если бы проводник стоял перпендикулярно линиям, сила была бы 0,8 Н.
Где ошибаются чаще всего
- Путают руки. Направление силы Ампера определяют левой рукой, направление линий поля тока и полюса катушки правой рукой или буравчиком. Перед ответом проговори, что именно ты ищешь.
- Не переводят единицы. Сантиметры нужно переводить в метры, миллиньютоны в ньютоны. Если в ответе просят мТл, а ты получил тесла, умножь на 1000.
- Берут не тот угол. В формуле стоит угол между проводником и линиями поля, а не между проводником и перпендикуляром к ним. Если сказано «перпендикулярно линиям», sin α = 1.
- Путают силу Ампера с силой на частицу. На движущуюся заряженную частицу действует сила Лоренца. Она перпендикулярна скорости, поэтому не меняет кинетическую энергию частицы. Частица при этом движется по окружности, см. движение по окружности.
- Забывают, куда идут линии. Вне магнита от N к S, но внутри магнита от S к N. Начинаются линии на зарядах только у электрического поля, у магнитного они замкнуты.
Какие задания присылают и как пользоваться страницей
Ученики 9 класса чаще всего присылают задачи на силу Ампера: определить направление по рисунку с магнитами, найти индукцию или силу по данным. Ещё встречаются определение направления тока по линии поля, полярности катушки по магнитной стрелке и тесты на свойства линий поля. Многие условия на украинском, ход решения у них такой же.
Найди похожее задание в списке выше и сравни ход решения со своим. Если не нашёл, сфотографируй своё задание и получи решение с пояснениями по шагам.