Номер 763, страница 120 - гдз по физике 8 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Электромагнитные явления. Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение. Магнитное поле Земли - номер 763, страница 120.

Условие.

763. С какой целью электромагнитам придают U-образную форму?

Решение.

Электромагнитам придают U-образную (или подковообразную) форму с целью значительного усиления их магнитного поля и, как следствие, их притягивающей (подъемной) силы. Это достигается за счет нескольких ключевых физических принципов:

1. Сближение полюсов и концентрация поля. U-образная форма позволяет расположить северный (N) и южный (S) полюсы электромагнита близко друг к другу. В результате этого силовые линии магнитного поля концентрируются в небольшом пространстве (воздушном зазоре) между полюсами. Поскольку сила магнитного притяжения пропорциональна квадрату индукции магнитного поля ($F \sim B^2$), такая концентрация поля приводит к резкому увеличению силы.

2. Одновременное действие обоих полюсов. Притягиваемый ферромагнитный предмет (якорь) размещается так, чтобы он перекрывал оба полюса. Таким образом, на него одновременно действуют силы притяжения со стороны как северного, так и южного полюса, что многократно увеличивает общую силу по сравнению со стержневым электромагнитом, у которого к предмету был бы обращен только один полюс.

3. Создание эффективной магнитной цепи. U-образный сердечник вместе с притянутым якорем образуют почти замкнутую магнитную цепь. Магнитный поток проходит в основном через ферромагнитный материал (железо сердечника и якоря), который имеет высокое значение магнитной проницаемости (низкое магнитное сопротивление). Путь магнитного потока через воздух, обладающий высоким магнитным сопротивлением, минимизируется. Это позволяет при том же токе в обмотке создать значительно более сильный магнитный поток и, следовательно, более мощный электромагнит.

Ответ: U-образную форму электромагнитам придают для того, чтобы сконцентрировать магнитное поле в рабочем зазоре между близко расположенными полюсами и создать замкнутую магнитную цепь с низким сопротивлением, что позволяет значительно увеличить их силу притяжения.