Номер 31.10, страница 224 - гдз по физике 10-11 класс задачник Гельфгат, Генденштейн

Упражнения. 31. Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Магнитное поле. Электродинамика - номер 31.10, страница 224.

Условие.

31.10. Около сильного длинного полосового магнита расположен гибкий свободный провод (см. рисунок). Как расположится провод, если по нему пропустить ток?

Решение. На рис. а показаны направления вектора магнитной индукции $\vec{B}$ поля магнита вблизи разных участков провода. Согласно правилу левой руки сила Ампера на участке 1 направлена от нас (перпендикулярно плоскости рисунка); на участке 2 — к нам; на участке 3 сила Ампера отсутствует. Поэтому провод обвивается вокруг магнита (см. рис. б) и притягивается к нему (см. рис. в).

Рис. а

Рис. б

Рис. в

Решение.

Решение

На гибкий провод с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера. Направление этой силы можно определить с помощью правила левой руки. Проанализируем действие этой силы на различные участки провода, расположенного рядом с полосовым магнитом.

Магнитное поле, создаваемое полосовым магнитом, имеет силовые линии, которые выходят из северного полюса (N) и входят в южный (S). Вблизи магнита эти линии искривлены, как показано на рисунке а в задании. Ток $I$ в проводе течет в направлении, указанном на рисунке, — сверху вниз.

Условно разделим провод на три участка:

1. На верхнем участке (участок 1), вблизи северного полюса магнита, вектор магнитной индукции $\vec{B}_1$ направлен от магнита и имеет составляющую, перпендикулярную проводу. Согласно правилу левой руки (располагаем левую руку так, чтобы четыре пальца были направлены по току, то есть вниз, а вектор $\vec{B}_1$ входил в ладонь), большой палец укажет направление силы Ампера — от нас, перпендикулярно плоскости рисунка.

2. На нижнем участке (участок 2), вблизи южного полюса магнита, вектор магнитной индукции $\vec{B}_2$ также направлен от магнита, но уже с направлением вниз. Применяя правило левой руки для этого участка, мы обнаружим, что сила Ампера направлена на нас, то есть из плоскости рисунка.

3. На среднем участке (участок 3), напротив центральной части магнита, вектор магнитной индукции $\vec{B}_3$ направлен почти параллельно проводу (вниз). Сила Ампера вычисляется по формуле $F_A = I \cdot B \cdot l \cdot \sin\alpha$, где $\alpha$ — угол между направлением тока и вектором магнитной индукции. Поскольку на этом участке векторы практически параллельны ($\alpha \approx 0^\circ$), сила Ампера близка к нулю.

В результате действия этих сил верхняя часть провода будет отклоняться за магнит (от нас), а нижняя — перед магнитом (к нам). Это приведет к тому, что гибкий провод начнет обвиваться вокруг магнита, принимая форму спирали (как показано на рисунке б).

После того как провод обовьется вокруг магнита, на витки спирали будет действовать сила, притягивающая их к поверхности магнита. Как показано на рисунке в, на элемент витка, где ток направлен, например, от нас, а поле магнита $\vec{B}$ направлено вниз, по правилу левой руки будет действовать сила $\vec{F}$, направленная к центру магнита. Это обеспечивает устойчивое притяжение провода к магниту.

Ответ: Провод обовьется вокруг магнита в виде спирали и будет к нему притягиваться.