Номер 60.14, страница 214 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

Авторы: Лукашик В. И., Иванова Е. В.
Тип: Сборник задач
Издательство: Просвещение
Год издания: 2021 - 2025
Цвет обложки: голубой
ISBN: 978-5-09-090938-9
Популярные ГДЗ в 7 классе
§ 60. Действие магнитного поля на проводник с током и движущиеся заряды. Глава 8. Магнитные и электромагнитные явления - номер 60.14, страница 214.
№60.14 (с. 214)
Условие. №60.14 (с. 214)
скриншот условия

60.14 [н] Можно ли утверждать, что механическая работа по перемещению проводника с током (см. рис. VIII-15) совершается магнитным полем постоянного магнита?
Решение. №60.14 (с. 214)

Решение 4. №60.14 (с. 214)

Решение 7. №60.14 (с. 214)
Нет, такое утверждение неверно. Механическая работа по перемещению проводника с током совершается не магнитным полем, а источником тока, который поддерживает этот ток в проводнике.
Рассмотрим силы, действующие на носители заряда в проводнике. На каждый заряд $q$, движущийся со скоростью $\vec{v}$ в магнитном поле с индукцией $\vec{B}$, действует сила Лоренца:
$\vec{F_Л} = q(\vec{v} \times \vec{B})$
Мощность, развиваемая силой Лоренца (т.е. работа, совершаемая в единицу времени), равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости:
$P = \vec{F_Л} \cdot \vec{v} = q(\vec{v} \times \vec{B}) \cdot \vec{v}$
По определению векторного произведения, вектор $(\vec{v} \times \vec{B})$ всегда перпендикулярен вектору скорости $\vec{v}$. Скалярное произведение двух перпендикулярных векторов равно нулю. Следовательно, мощность силы Лоренца всегда равна нулю: $P=0$. Это фундаментальное свойство означает, что магнитное поле само по себе не может совершать работу над движущимися зарядами и изменять их кинетическую энергию.
Тогда откуда берется энергия для совершения механической работы? Чтобы разобраться в этом, необходимо учесть, что в движущемся проводнике носители заряда участвуют в двух движениях:
- Упорядоченное движение вдоль проводника (дрейфовая скорость $\vec{v_д}$), которое и создает электрический ток.
- Движение вместе с проводником как единым целым со скоростью $\vec{u}$.
Полная скорость носителя заряда равна $\vec{v} = \vec{v_д} + \vec{u}$. Подставив это в формулу для силы Лоренца, получим:
$\vec{F_Л} = q((\vec{v_д} + \vec{u}) \times \vec{B}) = q(\vec{v_д} \times \vec{B}) + q(\vec{u} \times \vec{B})$
Первое слагаемое, $q(\vec{v_д} \times \vec{B})$, будучи просуммированным по всем носителям заряда в элементе проводника, дает силу Ампера $\vec{F_A}$. Эта сила перпендикулярна проводнику и магнитному полю и является причиной его движения. Именно эта сила и совершает механическую работу $A_{мех}$.
Второе слагаемое, $q(\vec{u} \times \vec{B})$, представляет собой силу, действующую на носители заряда из-за их движения вместе с проводником в магнитном поле. Эта сила направлена вдоль проводника и, как правило, против направления тока. Она тормозит носители заряда. С точки зрения электрической цепи, эта сила эквивалентна появлению ЭДС индукции ($\mathcal{E}_{инд}$), направленной против тока.
Чтобы поддерживать ток на прежнем уровне, источник тока (например, батарея) должен совершать дополнительную работу против этой индуцированной ЭДС. Энергия, затрачиваемая источником на преодоление этого "магнитного торможения", в точности равна механической работе, совершаемой силой Ампера по перемещению проводника.
Таким образом, магнитное поле выступает лишь в роли посредника (преобразователя энергии). Оно не отдает свою энергию, а лишь обеспечивает механизм преобразования электрической энергии, поставляемой источником тока, в механическую энергию движения проводника.
Ответ: Нет, утверждать, что механическая работа по перемещению проводника с током совершается магнитным полем постоянного магнита, нельзя. Работа совершается за счет энергии источника тока, а магнитное поле является лишь посредником в преобразовании электрической энергии в механическую.
Другие задания:
Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.
Мы подготовили для вас ответ c подробным объяснением домашего задания по физике за 7-9 класс, для упражнения номер 60.14 расположенного на странице 214 к сборнику задач 2021 года издания для учащихся школ и гимназий.
Теперь на нашем сайте ГДЗ.ТОП вы всегда легко и бесплатно найдёте условие с правильным ответом на вопрос «Как решить ДЗ» и «Как сделать» задание по физике к упражнению №60.14 (с. 214), авторов: Лукашик (Владимир Иванович), Иванова (Елена Владимировна), ФГОС (новый, красный) учебного пособия издательства Просвещение.