Вариант 9, страница 93 - гдз по физике 8 класс дидактические материалы Марон, Марон

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

Условие.

Вариант 9

1. Определите силу тока, проходящего по прямолинейному проводнику, находящемуся в однородном магнитном поле с индукцией $10 \text{ Тл}$, если на активную часть проводника длиной $40 \text{ см}$ действует сила $20 \text{ Н}$. Проводник расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции.

2. Почему стальные полосы и рельсы, лежащие на складах, через некоторое время оказываются намагниченными?

3. На рисунке 113 показана рамка с током, расположенная в магнитном поле. В какую сторону повернётся рамка? Что нужно сделать, чтобы рамка повернулась в противоположную сторону?

Рис. 113

Решение.

1. Дано:

$B = 10$ Тл
$l = 40$ см
$F_A = 20$ Н
$\alpha = 90^\circ$

$l = 40 \text{ см} = 0.4 \text{ м}$

Найти:

$\text{I}$ - ?

Решение:

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

Согласно условию, проводник расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции, следовательно, угол $\alpha = 90^\circ$. Синус этого угла равен единице: $\sin(90^\circ) = 1$.В таком случае формула силы Ампера упрощается:$F_A = I \cdot B \cdot l$

Для нахождения силы тока $\text{I}$ выразим ее из полученной формулы:$I = \frac{F_A}{B \cdot l}$

Подставим числовые значения величин, предварительно переведя их в систему СИ:$I = \frac{20 \text{ Н}}{10 \text{ Тл} \cdot 0.4 \text{ м}} = \frac{20}{4} \text{ А} = 5 \text{ А}$

Ответ: сила тока, проходящего по проводнику, равна 5 А.

2. Сталь является ферромагнетиком — материалом, способным сильно намагничиваться во внешнем магнитном поле. Наша планета Земля имеет собственное магнитное поле. Когда стальные полосы и рельсы длительное время лежат на складах, они находятся под постоянным воздействием этого поля. В результате внутренние микроскопические области намагниченности (магнитные домены), которые в обычном состоянии ориентированы хаотично, постепенно выстраиваются вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Такое упорядочивание доменов приводит к тому, что стальные изделия приобретают остаточную намагниченность и сами становятся магнитами.

Ответ: стальные полосы и рельсы намагничиваются, потому что они являются ферромагнетиками и длительное время находятся в магнитном поле Земли, что приводит к упорядочиванию их внутренних магнитных доменов.

3. Для определения направления вращения рамки с током в магнитном поле воспользуемся правилом левой руки. Вектор магнитной индукции $\text{B}$ направлен от северного полюса (N) к южному (S), то есть слева направо. Электрический ток $\text{I}$ течет от клеммы «+» к клемме «-». Это означает, что в левой вертикальной стороне рамки ток направлен вверх, а в правой — вниз.

1. Применим правило левой руки к левой стороне рамки: располагаем левую руку так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь (ладонью к полюсу N), а четыре вытянутых пальца указывали направление тока (вверх). В этом случае отогнутый большой палец покажет направление силы Ампера — она будет направлена из плоскости рисунка (на наблюдателя).

2. Применим правило левой руки к правой стороне рамки: линии индукции так же входят в ладонь, а четыре пальца направлены по току (вниз). Большой палец укажет направление силы Ампера — в плоскость рисунка (от наблюдателя).

Эти две силы создают вращающий момент, который заставит рамку повернуться против часовой стрелки, если смотреть на нее сверху.

Чтобы заставить рамку вращаться в противоположную сторону (по часовой стрелке), необходимо изменить направление вращающего момента на противоположное. Этого можно достичь, изменив направление силы Ампера. Согласно формуле, направление силы зависит от направления тока и направления магнитного поля. Следовательно, для разворота рамки в другую сторону необходимо:

• либо изменить направление тока в рамке на противоположное (поменяв местами клеммы «+» и «-»);
• либо изменить направление магнитного поля на противоположное (поменяв местами полюса магнита N и S).

Ответ: рамка повернётся против часовой стрелки (если смотреть сверху). Чтобы рамка повернулась в противоположную сторону, нужно изменить направление тока в ней или поменять местами полюса магнита.