Номер 2, страница 167 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

2. Как находят направление силы Ампера?

1. Какая сила называется силой Ампера?

Силой Ампера называют силу, с которой магнитное поле действует на помещенный в него проводник с электрическим током. Эта сила является результатом действия силы Лоренца на отдельные движущиеся заряженные частицы (носители тока) внутри проводника. Суммарное действие этих микроскопических сил на все частицы и создает макроскопическую силу, действующую на проводник в целом.

Модуль силы Ампера $F_A$ для прямого проводника длиной $l$, помещенного в однородное магнитное поле с индукцией $B$, определяется по формуле:

$F_A = I \cdot B \cdot l \cdot \sin\alpha$

где $I$ – сила тока в проводнике, $B$ – модуль вектора магнитной индукции, $l$ – длина активной части проводника (находящейся в магнитном поле), а $\alpha$ – угол между направлением тока в проводнике и вектором магнитной индукции $\vec{B}$.

Сила максимальна, когда проводник перпендикулярен линиям магнитной индукции ($\alpha = 90^\circ$, $\sin\alpha = 1$), и равна нулю, когда проводник параллелен им ($\alpha = 0^\circ$ или $\alpha = 180^\circ$, $\sin\alpha = 0$).

В векторной форме закон Ампера записывается так:

$\vec{F_A} = I (\vec{l} \times \vec{B})$

где $\vec{l}$ – вектор, модуль которого равен длине проводника, а направление совпадает с направлением тока.

Ответ: Силой Ампера называют силу, с которой магнитное поле действует на проводник с током.

2. Как находят направление силы Ампера?

Направление силы Ампера определяется с помощью правила левой руки.

Формулировка правила: если расположить левую руку так, чтобы линии вектора магнитной индукции ($\vec{B}$) входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока ($I$) в проводнике, то отогнутый на 90 градусов большой палец укажет направление действующей на проводник силы Ампера ($\vec{F_A}$).

Это правило является мнемоническим способом определения направления векторного произведения векторов $\vec{l}$ и $\vec{B}$ из формулы $\vec{F_A} = I (\vec{l} \times \vec{B})$. Направление силы Ампера всегда перпендикулярно как направлению тока в проводнике, так и направлению вектора магнитной индукции.

Ответ: Направление силы Ампера определяют по правилу левой руки.

3. Каков физический смысл вектора магнитной индукции?

Вектор магнитной индукции ($\vec{B}$) является основной силовой характеристикой магнитного поля. Он показывает, с какой силой магнитное поле действует на движущиеся электрические заряды (или на проводники с током).

Физический смысл модуля вектора магнитной индукции можно определить из формулы для силы Ампера $F_A = I \cdot B \cdot l \cdot \sin\alpha$. Если взять проводник единичной длины ($l=1$ м) с единичным током ($I=1$ А) и расположить его перпендикулярно линиям поля ($\sin\alpha=1$), то модуль магнитной индукции будет численно равен силе, действующей на этот проводник:

$B = \frac{F_{A, \text{max}}}{I \cdot l}$

Таким образом, модуль вектора магнитной индукции численно равен максимальной силе, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника длиной 1 м, по которому протекает ток силой 1 А.

Направление вектора магнитной индукции в данной точке поля совпадает с направлением, которое указывает северный полюс свободной магнитной стрелки (компаса), помещенной в эту точку. Также это направление касательной к силовой линии магнитного поля в данной точке.

Единицей измерения магнитной индукции в системе СИ является Тесла (Тл). $1 \text{ Тл} = \frac{1 \text{ Н}}{1 \text{ А} \cdot 1 \text{ м}}$.

Ответ: Вектор магнитной индукции — это силовая характеристика магнитного поля. Его модуль численно равен отношению максимальной силы, действующей на проводник с током в данном поле, к произведению силы тока на длину этого проводника.