Номер 9, страница 178 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Глава IV. Электромагнитные явления. Параграф 30. Магнитное поле - номер 9, страница 178.

Условие.

9. В чём отличие свойств магнитного поля от свойств электрического поля?

Решение.

Магнитное и электрическое поля — это две стороны единого электромагнитного поля, но они обладают рядом принципиальных отличий, которые проявляются в их источниках, структуре и характере воздействия на вещество.

Источники поля

Основное различие заключается в том, что порождает эти поля. Электрическое поле создается любыми электрическими зарядами, как покоящимися, так и движущимися. Кроме того, согласно закону электромагнитной индукции, переменное во времени магнитное поле также является источником электрического поля.

Магнитное поле, напротив, порождается только движущимися электрическими зарядами (электрическим током) и переменными электрическими полями. Источником магнитного поля у постоянных магнитов являются согласованно ориентированные спиновые и орбитальные магнитные моменты электронов в атомах, что эквивалентно микроскопическим токам.

Ответ: Электрическое поле создается любыми электрическими зарядами и переменными магнитными полями, тогда как магнитное поле создается только движущимися зарядами (токами) и переменными электрическими полями.

Характер силового действия на заряд

Поля по-разному действуют на электрические заряды. Электрическое поле действует на любой заряд $\text{q}$ (и покоящийся, и движущийся) с силой $\vec{F_E} = q\vec{E}$, где $\vec{E}$ — напряженность поля. Вектор этой силы всегда параллелен вектору напряженности $\vec{E}$.

Магнитное поле действует только на движущиеся заряды. Сила, действующая на заряд $\text{q}$, движущийся со скоростью $\vec{v}$ в магнитном поле с индукцией $\vec{B}$, определяется выражением для силы Лоренца: $\vec{F_B} = q(\vec{v} \times \vec{B})$. Эта сила всегда перпендикулярна как вектору скорости $\vec{v}$, так и вектору магнитной индукции $\vec{B}$. Следовательно, на покоящийся заряд магнитное поле не действует.

Ответ: Электрическое поле действует на все заряды силой, параллельной полю, а магнитное поле действует только на движущиеся заряды силой, перпендикулярной как скорости заряда, так и полю.

Структура силовых линий поля

Структура полей, которую наглядно представляют с помощью силовых линий, у них принципиально разная. Силовые линии электростатического поля (созданного неподвижными зарядами) не замкнуты: они начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных (или уходят в бесконечность). Такое поле называется потенциальным. Это свойство отражает существование электрических зарядов — источников поля.

Силовые линии магнитного поля всегда замкнуты, у них нет ни начала, ни конца. Это является следствием фундаментального факта — отсутствия в природе магнитных зарядов (монополей). Любой источник магнитного поля (например, постоянный магнит) всегда имеет два полюса. Такое поле называется вихревым. Математически это выражается уравнением Максвелла $\text{div} \vec{B} = 0$.

Ответ: Силовые линии электростатического поля незамкнуты и начинаются/заканчиваются на зарядах, в то время как силовые линии магнитного поля всегда замкнуты.

Работа поля по перемещению заряда

Различие в направлении действующих сил приводит к тому, что только одно из полей может совершать работу. Электрическое поле способно совершать работу над заряженной частицей, так как вектор силы $\vec{F_E}$ может иметь составляющую, направленную вдоль перемещения частицы. Эта работа изменяет кинетическую энергию заряда.

Магнитное поле (сила Лоренца) работы над зарядом не совершает. Поскольку сила $\vec{F_B}$ всегда перпендикулярна вектору скорости $\vec{v}$, ее работа $A = \int \vec{F_B} \cdot d\vec{l} = \int \vec{F_B} \cdot \vec{v} dt$ всегда равна нулю. Магнитное поле лишь изменяет направление движения частицы, искривляя ее траекторию, но не изменяет ее скорость и кинетическую энергию.

Ответ: Электрическое поле совершает работу над зарядом, изменяя его энергию, а магнитное поле работы не совершает, лишь изменяя направление его движения.