Номер 15.17, страница 97 - гдз по физике 8-11 класс учебник, задачник Гельфгат, Генденштейн

Задачи. Электричество и магнетизм. 15. Магнитное поле. Сила Лоренца - номер 15.17, страница 97.

Условие.

15.17. Около сильного длинного полосового магнита расположен гибкий свободный провод (см. рисунок). Как расположится провод, если по нему пропустить ток?

К задаче 15.17

Решение.

Решение 2.

Решение

На проводник с током $\text{I}$, помещенный в магнитное поле $\vec{B}$, действует сила Ампера $\vec{F_A}$. Направление этой силы определяется по правилу левой руки или по формуле векторного произведения: $\vec{F_A} = I (\vec{l} \times \vec{B})$, где $\vec{l}$ — вектор, длина которого равна длине участка проводника, а направление совпадает с направлением тока.

Магнитное поле постоянного полосового магнита выходит из северного полюса (N) и входит в южный (S). В области, где расположен провод, силовые линии магнитного поля имеют горизонтальную составляющую, перпендикулярную проводу. Вертикальная составляющая поля параллельна току и силы не создает.

1. В верхней части провода, у северного полюса (N), горизонтальная составляющая вектора магнитной индукции $\vec{B}$ направлена от магнита (на рисунке — влево). Применим правило левой руки: расположим левую руку так, чтобы четыре вытянутых пальца были направлены по току (вниз), а вектор $\vec{B}$ входил в ладонь (ладонь обращена к магниту). Тогда отогнутый на 90 градусов большой палец укажет направление силы Ампера — в сторону магнита (за плоскость рисунка). Таким образом, верхняя часть провода притягивается к магниту.

2. В нижней части провода, у южного полюса (S), горизонтальная составляющая вектора $\vec{B}$ направлена к магниту (на рисунке — вправо). Применяя правило левой руки для этого участка (четыре пальца вниз, ладонь от магнита), обнаружим, что большой палец указывает направление силы от магнита (из плоскости рисунка). Следовательно, нижняя часть провода отталкивается от магнита.

Под действием этих разнонаправленных сил (притяжения вверху и отталкивания внизу) гибкий провод начнет изгибаться и навиваться на магнит. Система стремится занять положение с минимальной потенциальной энергией. Это происходит тогда, когда собственное магнитное поле, создаваемое током в проводе, сонаправлено с полем постоянного магнита, то есть усиливает его.

Поле постоянного магнита направлено вверх (северный полюс находится вверху). Чтобы навитый провод создавал магнитное поле, также направленное вверх, необходимо (согласно правилу правой руки для соленоида) чтобы ток в витках на передней, видимой нам стороне, тек влево. Учитывая, что общий ток в проводе течет вниз, такая конфигурация витков соответствует левовинтовой спирали.

Ответ: Провод обовьется вокруг магнита, образовав левовинтовую спираль.