Номер 5, страница 106 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 3. Магнитное поле. Параграф 18. Сторонние силы. Вопросы - номер 5, страница 106.

Условие.

5. Почему возникает избыток электронов на одном конце участка проводника и их недостаток на другом (см. рис. 108)?

Рис. 108

Решение.

Решение

На рисунке 108 изображен проводник, в котором свободные носители заряда (электроны) движутся со скоростью $\vec{v}$ в магнитном поле. Вектор магнитной индукции $\vec{B}$ этого поля направлен перпендикулярно плоскости рисунка, от нас к наблюдателю (обозначено точками).

На каждую заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, действует сила Лоренца. Эта сила $\vec{F}_Л$ определяется выражением:

$ \vec{F}_Л = q(\vec{v} \times \vec{B}) $

где $\text{q}$ – заряд частицы, $\vec{v}$ – её скорость, $\vec{B}$ – вектор магнитной индукции.

Электроны имеют отрицательный заряд ($q = -e$). Направление силы Лоренца для отрицательно заряженной частицы можно определить по правилу левой руки: если расположить левую руку так, чтобы четыре пальца были направлены по вектору скорости электрона $\vec{v}$, а вектор магнитной индукции $\vec{B}$ входил в ладонь, то отогнутый на 90° большой палец укажет направление действующей силы $\vec{F}_Л$.

Применяя это правило к ситуации на рисунке (где векторы скорости $\vec{v}$ имеют преимущественно вертикальную составляющую, направленную вверх), мы видим, что сила Лоренца $\vec{F}_Л$ будет направлена влево, к торцу проводника, обозначенному цифрой 2.

Под действием этой силы свободные электроны смещаются и накапливаются у торца 2. В результате на этом конце проводника создается избыток электронов, и он приобретает отрицательный заряд.

Соответственно, на противоположном торце 1, который электроны покинули, возникает их недостаток. Это приводит к появлению нескомпенсированного положительного заряда ионов кристаллической решетки, и этот конец проводника заряжается положительно.

Ответ: Избыток электронов на одном конце проводника (2) и их недостаток на другом (1) возникает из-за действия силы Лоренца на свободные электроны, движущиеся в магнитном поле. Сила Лоренца отклоняет электроны в одну сторону, что приводит к их накоплению на одном конце и, как следствие, к их недостатку на противоположном конце.