Страница 12 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Подумайте, как изменятся результаты эксперимента, если повернуть магнит так, чтобы сверху был северный полюс, а снизу — южный.

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо обратиться к явлению действия магнитного поля на проводник с током. Сила, действующая на проводник, называется силой Ампера, и ее направление определяется по правилу левой руки.

Правило левой руки гласит: если расположить левую руку так, чтобы линии магнитного поля (вектор магнитной индукции $ \vec{B} $) входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока ($ I $) в проводнике, то отогнутый на 90 градусов большой палец укажет направление действующей на проводник силы Ампера ($ \vec{F}_{А} $).

В условии задачи магнит поворачивают. Линии магнитного поля всегда направлены от северного полюса (N) к южному (S). Когда магнит поворачивают так, что сверху оказывается северный полюс, а снизу — южный, вектор магнитной индукции $ \vec{B} $ будет направлен вертикально вниз.

По сравнению с первоначальным положением магнита (где, предположительно, полюса были расположены наоборот: южный сверху, северный снизу, и поле было направлено вверх), направление вектора магнитной индукции $ \vec{B} $ изменилось на противоположное.

Сила Ампера математически описывается формулой векторного произведения: $ \vec{F}_{А} = I(\vec{l} \times \vec{B}) $ где $ I $ — сила тока, $ \vec{l} $ — вектор, модуль которого равен длине активной части проводника и направление совпадает с направлением тока, $ \vec{B} $ — вектор магнитной индукции.

Из свойств векторного произведения следует, что при изменении направления одного из векторов-сомножителей ($ \vec{B} $) на противоположное, направление результирующего вектора ($ \vec{F}_{А} $) также изменится на противоположное. То есть, если направление тока в проводнике остается прежним, а магнитное поле меняет направление на обратное, то и сила, действующая на проводник, изменит свое направление на обратное.

Таким образом, если в первоначальном эксперименте проводник, например, выталкивался из области между полюсами магнита, то после его переворачивания он будет втягиваться внутрь. Если он отклонялся влево, то теперь будет отклоняться вправо.

Ответ:

При переворачивании магнита направление линий магнитного поля изменится на противоположное. Согласно правилу левой руки, это приведёт к тому, что направление силы Ампера, действующей на проводник с током, также изменится на противоположное. В результате проводник будет двигаться в сторону, обратную его движению в первоначальном эксперименте.

Вспомните определение напряжённости электрического поля. Что общего в определении характеристик электрического и магнитно-го полей?

Напряжённость электрического поля ($\vec{E}$) — это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой электрического поля в данной точке пространства. Она численно равна отношению силы ($\vec{F}$), с которой поле действует на помещённый в эту точку неподвижный пробный положительный заряд ($q_0$), к величине этого заряда.

Направление вектора напряжённости ($\vec{E}$) совпадает с направлением силы ($\vec{F}$), действующей на положительный пробный заряд.

Формула для определения напряжённости электрического поля:

$\vec{E} = \frac{\vec{F}}{q_0}$

Единицей измерения напряжённости в Международной системе единиц (СИ) является ньютон на кулон (Н/Кл), что эквивалентно вольту на метр (В/м).

Ответ: Напряжённость электрического поля – это векторная физическая величина, равная отношению силы, с которой электрическое поле действует на пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда.

Основной силовой характеристикой электрического поля является его напряжённость ($\vec{E}$), а основной силовой характеристикой магнитного поля — вектор магнитной индукции ($\vec{B}$). Общим в определении этих двух характеристик является то, что обе они вводятся как силовые характеристики соответствующего поля.

Это означает, что и напряжённость, и магнитная индукция определяются через силу, с которой поле действует на некоторый пробный объект:

1. Напряжённость электрического поля ($\vec{E}$) определяется через силу, действующую на неподвижный электрический заряд $q$: $\vec{E} = \frac{\vec{F_э}}{q}$.

2. Вектор магнитной индукции ($\vec{B}$) определяется через силу (силу Лоренца), действующую на движущийся электрический заряд $q$ со скоростью $\vec{v}$. Величина вектора магнитной индукции может быть найдена из максимального значения силы: $B = \frac{F_{м, max}}{|q|v}$.

Таким образом, общее в определении характеристик электрического и магнитного полей заключается в следующем:

• Обе характеристики ($\vec{E}$ и $\vec{B}$) являются векторными величинами.

• Обе определяются как силовые характеристики, то есть как отношение силы, действующей со стороны поля, к параметрам пробного объекта, на который эта сила действует.

• Обе характеризуют само поле в данной точке пространства, не завися от величины пробного объекта (заряда или тока).

Ответ: Общим в определении характеристик электрического и магнитного полей является то, что обе они — векторные величины, которые вводятся как силовые характеристики поля, то есть определяются через силу, действующую на пробный объект (соответственно, на статический заряд для электрического поля и на движущийся заряд или проводник с током для магнитного), помещённый в это поле.