Номер 59.3, страница 209 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 59. Магнитное поле проводника с током. Глава 8. Магнитные и электромагнитные явления - номер 59.3, страница 209.

59.3 [н] По трубочке с электролитом идёт постоянный электрический ток. Токи, созданные движущимися в противоположных направлениях анионами и катионами, создают магнитные поля. Сделайте рисунок и докажите, что поля не компенсируют друг друга.

Решение

Электрический ток в электролите представляет собой упорядоченное движение заряженных частиц — ионов. Положительно заряженные ионы (катионы) и отрицательно заряженные ионы (анионы) под действием внешнего электрического поля движутся в противоположных направлениях.

Для доказательства сделаем мысленный эксперимент и нарисуем схему. Пусть вдоль трубки с электролитом создано электрическое поле $\vec{E}$, направленное слева направо.

Анод (+) -------------------- Трубка с электролитом -------------------- Катод (–)Движение катионов (+) $\vec{v}_{+}$ →Движение анионов (–) $\vec{v}_{-}$ ←

1. Катионы, имеющие положительный заряд, будут двигаться по направлению поля $\vec{E}$, то есть слева направо. Движение положительных зарядов создает электрический ток $I_{+}$, направление которого по определению совпадает с направлением движения этих зарядов. Таким образом, ток катионов $I_{+}$ направлен слева направо.

2. Анионы, имеющие отрицательный заряд, будут двигаться против направления поля $\vec{E}$, то есть справа налево. По определению, направление электрического тока принимается за направление движения положительных зарядов. Движение отрицательных зарядов в одном направлении эквивалентно току положительных зарядов, движущихся в противоположном направлении. Следовательно, движение анионов справа налево создает электрический ток $I_{-}$, который также направлен слева направо.

Таким образом, оба потока ионов — и катионы, и анионы — создают токи, направленные в одну и ту же сторону. Общий ток в электролите равен сумме этих токов: $I_{общ} = I_{+} + I_{-}$.

Магнитное поле, создаваемое электрическим током, определяется по правилу правой руки (или правилу буравчика). Направление линий магнитной индукции $\vec{B}$ зависит от направления тока.

Поскольку ток катионов $I_{+}$ и ток анионов $I_{-}$ направлены в одну сторону, то и создаваемые ими магнитные поля $\vec{B}_{+}$ и $\vec{B}_{-}$ в любой точке окружающего пространства будут иметь одинаковое направление. Например, если ток течет по горизонтальной трубке слева направо, то в точке над трубкой оба поля ($\vec{B}_{+}$ и $\vec{B}_{-}$) будут направлены от наблюдателя, а в точке под трубкой — к наблюдателю.

Согласно принципу суперпозиции, полное магнитное поле $\vec{B}_{общ}$ является векторной суммой полей от каждого вида ионов: $$ \vec{B}_{общ} = \vec{B}_{+} + \vec{B}_{-} $$ Поскольку векторы $\vec{B}_{+}$ и $\vec{B}_{-}$ сонаправлены, их сумма не равна нулю. Следовательно, поля не компенсируют, а наоборот, усиливают друг друга.

Ответ:

Магнитные поля, созданные движущимися в противоположных направлениях анионами и катионами, не компенсируют друг друга. Это объясняется тем, что по определению направления электрического тока, встречное движение разноименных зарядов создает токи одинакового направления. Так как токи от катионов и анионов сонаправлены, то и создаваемые ими магнитные поля в любой точке пространства также сонаправлены и, складываясь, усиливают друг друга.