Номер 20.13, страница 98 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 20. Магнитные взаимодействия. Магнитное поле - номер 20.13, страница 98.

Условие.

20.13. Как можно доказать существование магнитного поля?

Решение.

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися электрическими зарядами, проводниками с током и телами, обладающими магнитным моментом. Поскольку поле невидимо для человеческого глаза, его существование можно доказать только косвенно, по его силовому действию на различные физические объекты.

Решение

Существует несколько способов экспериментально доказать наличие магнитного поля в пространстве.

1. Действие на магнитную стрелку (компас)

Это классический и самый наглядный способ. Если в предполагаемую область магнитного поля поместить магнитную стрелку (например, обычный компас), она повернётся и займёт определённое положение в пространстве. Северный полюс стрелки будет указывать направление силовых линий магнитного поля (направление вектора магнитной индукции $ \vec{B} $). Это происходит из-за того, что магнитное поле создаёт вращающий момент, действующий на магнитную стрелку и ориентирующий её вдоль своих силовых линий. Такое поведение стрелки в отсутствие других видимых сил доказывает существование невидимого силового поля.

Ответ: Существование магнитного поля доказывается по ориентирующему действию, которое оно оказывает на магнитную стрелку.

2. Силовое действие на проводник с током (сила Ампера)

Магнитное поле оказывает силовое воздействие на проводник, по которому протекает электрический ток. Эта сила называется силой Ампера. Если поместить отрезок прямого провода, подключённого к источнику тока, в магнитное поле (например, между полюсами магнита), провод придёт в движение. Направление его движения будет перпендикулярно и самому проводнику, и линиям магнитной индукции. Величина силы Ампера рассчитывается по формуле $ F_A = I B l \sin\alpha $, где $ I $ – сила тока, $ B $ – модуль вектора магнитной индукции, $ l $ – длина активной части проводника, а $ \alpha $ – угол между направлением тока и вектором $ \vec{B} $. Факт возникновения этой силы является прямым доказательством существования магнитного поля.

Ответ: Существование магнитного поля доказывается по возникновению силы Ампера, действующей на помещенный в это поле проводник с током.

3. Действие на движущийся электрический заряд (сила Лоренца)

Магнитное поле действует на любую движущуюся заряженную частицу. Сила, действующая на частицу, называется силой Лоренца. Её действие можно наблюдать, пропуская пучок заряженных частиц (например, электронов в вакуумной трубке) через магнитное поле. Траектория частиц искривится. Это явление используется, например, в масс-спектрометрах для разделения ионов по массам и в старых телевизорах с электронно-лучевой трубкой. Модуль силы Лоренца определяется выражением $ F_L = |q| v B \sin\alpha $, где $ q $ – заряд частицы, $ v $ – её скорость, $ B $ – индукция магнитного поля. Наблюдаемое отклонение заряженных частиц однозначно свидетельствует о наличии магнитного поля.

Ответ: Существование магнитного поля доказывается по искривлению траектории движущихся в нём заряженных частиц под действием силы Лоренца.

4. Явление электромагнитной индукции

Изменяющееся во времени магнитное поле порождает в пространстве вихревое электрическое поле. Это, в свою очередь, приводит к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) в любом замкнутом проводящем контуре, помещённом в это поле. Это явление называется электромагнитной индукцией. Если подносить или убирать постоянный магнит от замкнутой катушки, подключённой к гальванометру, стрелка прибора будет отклоняться, фиксируя появление индукционного тока. Согласно закону Фарадея, ЭДС индукции пропорциональна скорости изменения магнитного потока через контур: $ \mathcal{E}_{i} = - \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} $. Возникновение тока в контуре без прямого подключения к источнику питания доказывает существование магнитного поля и его способность порождать электрическое поле.

Ответ: Существование магнитного поля доказывается возникновением индукционного тока в замкнутом контуре при изменении пронизывающего его магнитного потока.

5. Визуализация с помощью железных опилок

Этот метод позволяет наглядно представить картину силовых линий магнитного поля. Если на лист бумаги, под которым находится постоянный магнит, насыпать тонкий слой мелких железных опилок, то каждая опилка намагнитится и станет микроскопическим магнитом. В результате взаимодействия друг с другом и с внешним полем они выстроятся в цепочки вдоль силовых линий, создавая видимый узор. Этот узор является "картой" магнитного поля, делая его существование и структуру очевидными.

Ответ: Существование и структуру магнитного поля можно наглядно продемонстрировать с помощью узора, образуемого железными опилками.