Магнитное поле и сила Ампера

Слайд 1. Магнитное поле и сила Ампера

Основы электродинамики: от теории к решению задач

Слайд 2. Природа магнитного поля

Слайд 3. Что такое магнитное поле?

Магнитное поле — это особый вид материи, через который осуществляется взаимодействие между движущимися электрическими зарядами. Оно невидимо, но его действие можно обнаружить по силам, действующим на магниты или проводники с током. Главное свойство: магнитное поле порождается током и само действует на ток.

Слайд 4. Источники магнитного поля

Постоянные магниты (естественные и искусственные)

Проводники, по которым течет электрический ток

Движущиеся элементарные частицы (например, электроны)

Планеты и звезды, обладающие магнитным моментом

Слайд 5. Вектор магнитной индукции $\vec{B}$

Это силовая характеристика магнитного поля. В данной точке поля вектор $\vec{B}$ направлен так же, как северный полюс $N$ магнитной стрелки. Единица измерения в СИ — Тесла (Тл). Чем гуще линии индукции, тем сильнее поле в этой области.

Слайд 6. Свойства линий индукции

Они всегда замкнуты (магнитное поле — вихревое)

Не имеют ни начала, ни конца (магнитных зарядов не существует)

Направление выходит из северного полюса $N$ и входит в южный $S$ магнита

Никогда не пересекаются между собой

Слайд 7. Электрическое vs Магнитное поле

Создается неподвижными зарядами.

Линии разомкнуты (от $+$ к $-$).

Поле является потенциальным.

Создается движущимися зарядами.

Линии всегда замкнуты.

Поле является вихревым.

Слайд 8. Сила Ампера

Слайд 9. Определение силы Ампера

Сила Ампера — это сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током. Она прямо пропорциональна силе тока, индукции поля и длине проводника. Формула: $F_A=B\cdot I\cdot l\cdot \sin \alpha$, где $\alpha$ — угол между вектором $\vec{B}$ и направлением тока в проводнике.

Слайд 10. Правило левой руки

Расположите ладонь так, чтобы линии $\vec{B}$ входили в нее.

Четыре вытянутых пальца направьте по току $I$.

Отогнутый на $90^{\circ }$ большой палец укажет направление силы $F_A$.

Слайд 11. Зависимость силы от угла $\alpha$

Слайд 12. Магнитное поле действует только на движущиеся заряды. Если заряд покоится или движется вдоль линий поля, магнитная сила на него не действует.

— Фундаментальный принцип электродинамики

Слайд 13. Решение задач

Слайд 14. Задача №1: Расчет силы

Условие: Проводник длиной $0.4$ м с током $5$ А находится в однородном поле с индукцией $0.2$ Тл. Угол между ними $90^{\circ }$. Найдите силу.

Решение:

1. Используем формулу $F_A=BIl\sin \alpha$.

2. Подставляем значения: $F_A=0.2\cdot 5\cdot 0.4\cdot 1$.

3. Вычисляем: $F_A=0.4$ Н.

Ответ: $0.4$ Ньютона.

Слайд 15. Задача №2: Определение угла

Условие: При какой ориентации проводника в магнитном поле сила Ампера будет в два раза меньше своего максимального значения?

Решение:

1. Максимальная сила $F_{max}=BIl$.

2. По условию $F_A=0.5\cdot F_{max}$, значит $\sin \alpha =0.5$.

3. Угол, синус которого равен $0.5$, составляет $30^{\circ }$.

Ответ: $30$ градусов.

Слайд 16. Задача №3: Поиск индукции

Условие: На проводник длиной $25$ см действует сила $0.5$ Н при токе $2$ А. Проводник перпендикулярен полю. Найдите $B$.

Решение:

1. Из формулы $F_A=BIl$ выразим $B=F_A/(I\cdot l)$.

2. Переведем длину в метры: $25$ см = $0.25$ м.

3. $B=0.5/(2\cdot 0.25)=0.5/0.5=1$ Тл.

Ответ: $1$ Тесла.

Слайд 17. Подведем итоги

Магнитное поле — вихревое, его линии всегда замкнуты.

Вектор $\vec{B}$ (Тесла) определяет силу воздействия поля.

Сила Ампера $F_A=BIl\sin \alpha$ действует на проводник с током.

Направление силы определяется по правилу левой руки.

Если проводник параллелен полю, сила равна нулю.