Номер 10, страница 143 - гдз по физике 10-11 класс сборник задач Громцева

11.5. Направление силы Ампера. 11. Электромагнетизм - номер 10, страница 143.

Решение.

Решение 2.

Для определения направления тока в проводнике, находящемся в магнитном поле, используется правило левой руки.

Решение

Согласно правилу левой руки, если расположить левую руку так, чтобы линии индукции магнитного поля ($\vec{B}$) входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока ($I$), то отогнутый на 90° большой палец укажет направление действующей на проводник силы Ампера ($\vec{F_A}$).

Проанализируем данные из рисунка:

1. Магнитное поле создается постоянным магнитом. Линии магнитной индукции $\vec{B}$ направлены от северного полюса (N) к южному (S), то есть в данном случае горизонтально влево.
2. Проводник расположен вертикально, что в данном представлении (вид сверху) означает, что он перпендикулярен плоскости рисунка. Ток в нем может быть направлен либо к нам (из плоскости рисунка), либо от нас (в плоскость рисунка).
3. Сила Ампера $\vec{F_A}$ по определению должна быть перпендикулярна как вектору магнитной индукции $\vec{B}$, так и направлению тока $I$.

На рисунке мы видим противоречие: вектор силы Ампера $\vec{F_A}$ направлен влево, то есть параллельно вектору магнитной индукции $\vec{B}$. Такое невозможно с физической точки зрения, так как сила Ампера всегда перпендикулярна вектору магнитной индукции. Это означает, что в условии задачи на рисунке допущена ошибка в изображении вектора силы $\vec{F_A}$.

Предположим, что вектор силы $\vec{F_A}$ должен быть направлен вертикально (вверх или вниз), как это следует из теории. Чтобы однозначно решить задачу, воспользуемся еще одним элементом на рисунке: условным обозначением проводника в виде окружности с точкой в центре. Такое обозначение принято для вектора (в данном случае тока), направленного из плоскости чертежа на наблюдателя.

Теперь мы можем применить правило левой руки для проверки согласованности данных или для нахождения одного из векторов, если два других известны. Давайте определим направление силы, которое соответствовало бы указанному направлению тока.

Применим правило левой руки:

• Располагаем левую руку так, чтобы линии магнитной индукции $\vec{B}$ (направленные влево) входили в ладонь. Для этого ладонь должна быть обращена вправо.
• Направляем четыре вытянутых пальца по току, то есть на себя, из плоскости рисунка (согласно условному обозначению).
• В таком положении большой палец, отогнутый на 90°, будет указывать вниз.

Таким образом, для того чтобы все условия (кроме неверно нарисованного вектора силы) были согласованы, сила Ампера должна быть направлена вертикально вниз.

Вопрос задачи — "Определите условное направление тока по вертикальному проводнику". Исходя из нашего анализа, наиболее логичным решением является то, которое делает всю систему (за исключением очевидной ошибки в векторе силы) самосогласованной. Если предположить, что сила направлена вниз (наиболее вероятная исправленная версия), то ток будет направлен на нас. Это соответствует обозначению на рисунке.

Ответ: Условное направление тока в вертикальном проводнике — из плоскости рисунка на наблюдателя (обозначается кружком с точкой).