Вариант 8, страница 93 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

Самостоятельные работы. СР-11. Электромагнитные явления - страница 93.

Условие.

Вариант 8

1. На прямолинейный проводник с током, помещённый в однородное магнитное поле с индукцией 0,34 Тл, действует сила 1,65 Н. Определите длину проводника, если он расположен перпендикулярно линиям индукции магнитного поля. Сила тока в проводнике 14,5 А.

2. Можно ли изготовить магнит, имеющий один полюс?

3. В каком направлении будет перемещаться кольцо относительно электромагнита, изображённого на рисунке 112?

Рис. 112

Решение.

1.

Дано:

$B = 0,34 \text{ Тл}$
$F_A = 1,65 \text{ Н}$
$I = 14,5 \text{ А}$
$\alpha = 90^\circ$

Найти:

$\text{l}$ - ?

Решение:

Сила Ампера, действующая на прямолинейный проводник с током в однородном магнитном поле, определяется по формуле: $F_A = I \cdot B \cdot l \cdot \sin(\alpha)$, где $\text{I}$ - сила тока в проводнике, $\text{B}$ - индукция магнитного поля, $\text{l}$ - длина активной части проводника в поле, а $\alpha$ - угол между направлением тока и вектором магнитной индукции.

По условию задачи проводник расположен перпендикулярно линиям индукции магнитного поля, следовательно, угол $\alpha = 90^\circ$, а синус этого угла $\sin(90^\circ) = 1$.

В этом случае формула для силы Ампера принимает вид: $F_A = I \cdot B \cdot l$.

Из этой формулы выразим искомую длину проводника $\text{l}$:

$l = \frac{F_A}{I \cdot B}$

Подставим числовые значения из условия задачи:

$l = \frac{1,65}{14,5 \cdot 0,34} = \frac{1,65}{4,93} \approx 0,33468 \text{ м}$

Округлим результат до двух значащих цифр, так как наименьшая точность у значения магнитной индукции $B = 0,34 \text{ Тл}$ (две значащие цифры).

$l \approx 0,33 \text{ м}$

Ответ: длина проводника примерно равна 0,33 м.

2. Нет, изготовить магнит, имеющий только один полюс (так называемый магнитный монополь), невозможно. Это является одним из фундаментальных законов электромагнетизма. Магнитные силовые линии всегда замкнуты, они выходят из северного полюса магнита и входят в южный, продолжая свой путь внутри магнита от южного полюса к северному. Поэтому у любого магнита всегда есть пара полюсов: северный (N) и южный (S). Если разрезать магнит на две части, то каждая часть снова станет полноценным магнитом с двумя полюсами. Теоретическое существование магнитных монополей предсказывается некоторыми теориями, но экспериментально они до сих пор не были обнаружены.

Ответ: нет, невозможно.

3. Для определения направления движения кольца воспользуемся правилом правой руки для соленоида и правилом Ленца. Будем исходить из наиболее вероятного условия для подобных задач: ток в электромагните включается, то есть его сила нарастает со временем.

1. Сначала определим полюсы электромагнита. Ток в обмотке течет от клеммы «+» (справа) к клемме «–» (слева). Интерпретируя схематическое изображение обмотки, можно предположить, что на передней (видимой нам) стороне катушки ток направлен вверх и влево. Применим правило правой руки: если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены по току в витках (вверх на передней стороне), то отставленный большой палец укажет направление на северный полюс. В данном случае большой палец будет указывать влево. Таким образом, левый торец электромагнита является северным полюсом (N), а правый — южным (S).

2. Магнитные силовые линии выходят из северного полюса (слева) и входят в южный (справа). Следовательно, магнитное поле электромагнита пронизывает кольцо в направлении справа налево.

3. При включении электромагнита сила тока в нем возрастает, что приводит к увеличению магнитного потока через кольцо (направленного влево).

4. Согласно правилу Ленца, в проводящем кольце возникает индукционный ток такого направления, чтобы своим собственным магнитным полем противодействовать изменению внешнего магнитного потока. Раз поток влево увеличивается, индуцированное поле кольца будет направлено в противоположную сторону, то есть вправо.

5. Чтобы создать магнитное поле, направленное вправо, кольцо само должно стать магнитом, у которого северный полюс находится на правой стороне, а южный — на левой стороне, обращенной к электромагниту.

6. В результате взаимодействия двух магнитов южный полюс электромагнита (его правый торец) оказывается обращен к индуцированному южному полюсу кольца (его левый торец). Одноименные магнитные полюсы отталкиваются.

Таким образом, кольцо будет отталкиваться от электромагнита и перемещаться вправо.

Ответ: кольцо будет перемещаться вправо (отталкиваться от электромагнита).