Для школьников (по теории изложенной в учебниках физики).
Посмотрите сначала "Занятие 66. Сила Ампера".
Задача 1.
Прямолинейный ток (с индексом 2) проходит по оси кругового тока (с индексом 1). С какой силой взаимодействуют токи?
Решение.
Силовые линии магнитного поля, создаваемого прямым проводником с током 2, представляют собой концентрические окружности.
Круговой ток 1 проходит вдоль одной из таких силовых линий, поэтому магнитное поле тока 2 на ток 1 действовать не будет.
Все элементы провода с током 2 также всюду совпадают по направлению с осевой силовой линией магнитного поля, создаваемого круговым током 1, поэтому на ток 2 также не будут действовать силы со стороны магнитного поля тока 1.
Ответ: сила равна нулю (токи не взаимодействуют).
Задача 2.
Мягкая спиральная пружина свободно висит. Нижний конец пружины погружен в чашечку со ртутью. Пружина и чашечка подключены к источнику постоянного тока.Что будет происходить с пружиной после замыкания цепи ключом К?
Решение.
При замыкании ключа каждый виток пружины будет подобен круговому току, Так как токи в витках текут в одну сторону (параллельны друг другу), то каждый виток своим магнитным полем будет притягивать к себе соседние витки.
Пружина сожмётся, её нижний конец поднимется из ртути, цепь тока разомкнётся, магнитное поле исчезнет и пружина начнёт распрямляться. После опускания кончика пружины в ртуть весь процесс повторится.
Ответ: Конец пружины будет совершать периодические колебательные движения.
Задача 3.
Возле бесконечного прямолинейного проводника АВ с током расположен подвижный, однородный, прямолинейный конечной длины проводник СD так, что он лежит целиком по одну сторону от АВ и в плоскости, проходящей через АВ. Что будет происходить с проводником СD, если по нему пропустить ток в направлении, указанном стрелкой?
Решение.
Бесконечно длинный прямой провод АВ с током, текущим вверх, в месте нахождения проводника СD создаёт магнитное поле, направленное от нас (по правилу правого винта).
Со стороны этого поля на элементы проводника СD действует направленная вверх сила Ампера (согласно правилу левой руки).
Так как проводник, по условию задачи, однороден, то центр его масс (или центр тяжести) будет лежать в точке О.
Индукция (или напряжённость) магнитного поля в точке С будет больше, чем в точке D, поэтому на элементы проводника, прилегающие к точке С, будут действовать большие силы, чем на такие же элементы, прилегающие к точке D.
Точка приложения равнодействующей всех сил, действующих на проводник СD, будет лежать слева от его центра масс. Поэтому проводник СD, двигаясь вверх, одновременно начнёт вращаться по часовой стрелке вокруг точки О.
Ответ: проводник СD двигается вверх, одновременно поворачиваясь по часовой стрелке вокруг точки О.
Задача 4.
Проволочное кольцо с током свободно висит на мягких подводящих проводах. К нему подносят горизонтально расположенный магнит. Что в этом случае будет происходить с кольцом?
Решение.
Согласно рисунку, на конце кольца с током, обращённым к северному полюсу подносимого магнита, имеется южный магнитный полюс.
Поэтому кольцо притянется к магниту, наденется на магнит и остановится на нейтральной линии магнита.
При этом направление силовых линий магнитного поля тока будет совпадать с направлением силовых линий поля магнита.
Задача 5.
Будет ли плотность постоянного тока, текущего по цилиндрическому проводнику, постоянной по всему сечению проводника?
Ответ: Хотя и весьма незначительно, но плотность постоянного тока в цилиндрическом проводнике будет увеличиваться к его оси. Объясняется это тем, что протекающий по проводнику ток можно представить в виде суммы параллельных прямолинейных направленных в одну сторону токов, а между ними существуют силы притяжения.
Задача 6.
Громоотвод был соединён с землёй круглой медной трубочкой. После удара молнии было обнаружено, что трубочка превратилась в круглый стержень. В чём причина этого явления?
Ответ: Во время удара молнии по трубке кратковременно протекал ток очень большой силы. При этом отдельные параллельные друг другу элементы тока, текущего вдоль трубки, с большой силой притягивались друг к другу. Эти силы и превратили трубку в круглый стержень.
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Спасибо.
Предыдущая запись: Задачи на магнитные взаимодействия.
Следующая запись:Постоянные магниты. Электромагниты.
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1 .
Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45 .
Ссылки на занятия (статьи), начиная с теплового действия тока, даны в конце Занятия 58.
Ссылки на занятия, начиная с переменного тока, даны в конце Занятия 70 .