Физика • 8 класс § 55

§ 55. Действие магнитного поля на проводник с током. Правило левой руки

Учебник: Физика. 8 класс (И. М. Перышкин, А. И. Иванов). Программа ФГОС.
К разделам:

Термины и понятия параграфа 5

Термин Физика • 8 класс § 55

Действие магнитного поля на проводник с током (сила Ампера)

фундаментальное физическое явление, заключающееся в возникновении механической выталкивающей силы, действующей со стороны внешнего магнитного поля на помещенный в него проводник с электрическим током:

  • 1. Микроскопическая природа — электрический ток представляет собой направленное движение заряженных частиц; магнитное поле действует на каждую движущуюся частицу внутри проводника (сила Лоренца), а их суммарное силовое воздействие через соударения передается кристаллической решетке проводника.
  • 2. Факторы направления — направление силы зависит от направления электрического тока в проводнике и направления магнитных линий внешнего поля. При изменении направления тока или при смене полюсов магнита направление силы меняется на противоположное.
Термин Физика • 8 класс § 55

Правило левой руки для проводника с током

мнемоническое правило для определения направления силы, действующей со стороны магнитного поля на прямолинейный проводник с электрическим током:

  • 1. Каноническая формулировка — если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно ей (ладонь обращена к северному полюсу $N$), а четыре сомкнутых пальца были направлены по току, то отставленный на $90^\circ$ большой палец покажет направление силы, действующей на проводник.
  • 2. Условие максимального действия — электромагнитная сила достигает наибольшего значения, когда проводник ориентирован строго перпендикулярно линиям магнитного поля.
Термин Физика • 8 класс § 55

Правило левой руки для движущейся заряженной частицы

мнемоническое правило для нахождения направления силы Лоренца, действующей со стороны магнитного поля на свободную заряженную частицу:

  • 1. Положительный заряд — если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно ей, а четыре пальца указывали направление вектора скорости частицы $\vec{v}$, то отогнутый на $90^\circ$ большой палец укажет направление действующей силы.
  • 2. Отрицательный заряд (электрон) — четыре вытянутых пальца направляют строго против направления движения отрицательно заряженной частицы; большой палец при этом указывает направление силы.
  • 3. Влияние на траекторию — поскольку сила направлена перпендикулярно вектору скорости частицы, она сообщает ей центростремительное ускорение и искривляет траекторию (заставляет частицу двигаться по окружности или спирали), не изменяя величины ее скорости и кинетической энергии.
Термин Физика • 8 класс § 55

Условие отсутствия силового действия магнитного поля

физическая закономерность, определяющая ориентации, при которых механическая сила со стороны магнитного поля не возникает:

  • 1. Параллельное движение — если направление электрического тока в прямолинейном проводнике или вектор скорости заряженной частицы совпадает с направлением линий магнитного поля либо параллельно им ($\alpha = 0^\circ$ или $\alpha = 180^\circ$), то сила действия поля строго равна нулю.
  • 2. Покоящийся заряд — на неподвижную заряженную частицу ($v = 0$) постоянное магнитное поле не оказывает никакого силового воздействия.
Термин Физика • 8 класс § 55

Графические обозначения направлений векторов в плоскости чертежа

общепринятая система проекционного изображения пространственных векторов:

  • 1. Крестик ($\otimes$) — вектор направлен перпендикулярно плоскости чертежа от наблюдателя вглубь страницы (по аналогии с оперением улетающей стрелы).
  • 2. Точка ($\odot$) — вектор направлен перпендикулярно плоскости чертежа к наблюдателю из страницы наружу (по аналогии с острием летящей навстречу стрелы).

Ответы на вопросы учебника 4

Вопрос учебника #1 Физика • 8 класс § 55

Какой опыт позволяет обнаружить наличие силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?

Наличие силы наглядно обнаруживается с помощью опыта с подвижной рамкой в зазоре постоянного магнита (рис. 144 учебника):

  • Трёхсторонняя рамка $ABCD$, изготовленная из легкой медной проволоки, подвешивается на гибких подводящих проводах к изолирующей штанге так, чтобы ее горизонтальная сторона $BC$ свободно находилась между полюсами дугообразного магнита.
  • При разомкнутом ключе рамка висит строго вертикально под действием силы тяжести.
  • В момент замыкания ключа по рамке начинает течь электрический ток, и сторона $BC$ мгновенно отклоняется от вертикали (втягивается вглубь магнита или выталкивается наружу).
  • Отклонение рамки от положения равновесия прямо доказывает, что со стороны магнитного поля на проводник с током действует механическая выталкивающая сила (сила Ампера).
Вопрос учебника #2 Физика • 8 класс § 55

От чего зависит направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?

Направление силы, действующей на проводник с током, зависит от двух факторов:

  • От направления электрического тока в проводнике: если изменить полярность подключения источника тока (пустить ток в обратную сторону), то проводник отклонится в противоположном направлении (рис. 144, б).
  • От направления линий магнитного поля: если, сохранив прежнее направление тока, перевернуть дугообразный магнит (поменять местами северный и южный полюсы), проводник также отклонится в противоположную сторону (рис. 145).
  • Вывод: направление электромагнитной силы взаимно связано с направлением электрического тока в проводнике и направлением линий магнитного поля.
Вопрос учебника #3 Физика • 8 класс § 55

Сформулируйте правило левой руки для находящегося в магнитном поле проводника с током; для движущейся в этом поле заряженной частицы.

1. Для проводника с током (рис. 146):

Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно ей, а четыре пальца были направлены по току, то отставленный на $90^\circ$ большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

2. Для движущейся заряженной частицы (рис. 147):

Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно ей, а четыре пальца были направлены по движению положительно заряженной частицы (или против движения отрицательно заряженной частицы), то отставленный на $90^\circ$ большой палец покажет направление действующей на частицу силы.

Вопрос учебника #4 Физика • 8 класс § 55

В каком случае сила действия магнитного поля на проводник с током или движущуюся заряженную частицу равна нулю?

Сила действия магнитного поля равна нулю в случаях, когда:

  • Направление тока в прямолинейном проводнике совпадает с линией магнитного поля или параллельно ей (проводник ориентирован строго вдоль линий поля, как показано на рис. 148, а);
  • Вектор скорости заряженной частицы направлен вдоль линий магнитного поля (частица влетает в поле строго параллельно магнитным линиям «по полю» или «против поля», рис. 148, б);
  • Заряженная частица покоится относительно магнитного поля ($v = 0$) — неподвижные электрические заряды магнитным полем не отклоняются.