Меню

Определите направление силы лоренца действующей со стороны магнитного поля проводника с током



Сила Лоренца

теория по физике 🧲 магнетизм

Сила Лоренца — сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля.

Модуль силы Лоренца обозначается как FЛ. Единица измерения — Ньютон (Н).

Модуль силы Лоренца численно равен отношению модуля силы F, действующий на участок проводника длиной l, к числу N заряженных частиц, упорядоченно движущихся на этом участке проводника:

Рассмотрим отрезок тонкого прямого проводника с током. Пусть длина отрезка ∆l и площадь поперечного сечения проводника S настолько малы, что вектор индукции магнитного поля → B можно считать неизменным в пределах этого отрезка проводника.

Сила тока I в проводнике связана с зарядом частиц q, концентрацией заряженных частиц (число зарядов в единице объема) и скоростью их упорядоченного движения v следующей формулой:

Модуль силы, действующей со стороны магнитного поля на выбранные элемент тока, равен:

F = | I | Δ l B sin . α

Подставляя сюда выражение, полученное для силы тока, получим:

F = | q n v S | Δ l B sin . α = | q | n v S Δ l B sin . α

Учтем, что число заряженных частиц в рассматриваемом объеме равно произведению величины этого объема на концентрацию самих частиц:

F = | q | v N B sin . α

Следовательно, на каждый движущийся заряд действует сила Лоренца, равная:

F Л = F N . . = | q | v N B sin . α N . . = | q | v B sin . α

α — угол между вектором скорости движущегося заряда и вектором магнитной индукции.

Пример №1. Определить силу, действующую на заряд 0,005 Кл, движущийся в магнитном поле с индукцией 0,3 Тл со скоростью 200 м/с под углом 45 o к вектору магнитной индукции.

F Л = | q | v B sin . α = 0 , 005 · 200 · 0 , 3 · √ 2 2 . . ≈ 0 , 2 ( Н )

Направление силы Лоренца

Сила Лоренца перпендикулярна вектору магнитной индукции и вектору скорости движущегося заряда. Ее направление определяется с помощью правила левой руки:

Если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции → B , перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного заряда (против движения отрицательного), то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление действующей на заряд силы Лоренца.

Пример №2. Протон p имеет скорость → v , направленную горизонтально вдоль прямого длинного проводника с током I (см. рисунок). Куда направлена действующая на протон сила Лоренца?

В точке, в которой находится протон, вектор магнитной индукции направлен в сторону от наблюдателя. Это следует из правила буравчика. Теперь применим правило левой руки. Для этого четыре пальца левой руки направим в сторону движения протона — вправо. Ладонь развернем в сторону наблюдателя, чтобы линии магнитной индукции входили в нее перпендикулярно. Теперь отставим на 90 градусов большой палец. Он показывает вверх. Следовательно, сила Лоренца, действующая на протон, направлена вверх.

Работа силы Лоренца

Поскольку вектор силы Лоренца направлен перпендикулярно скорости движения заряда, угол между перемещением этого заряда и этой силы равен 90 о . Работа любой силы определяется формулой:

Но так как косинус 90 о равен 0, сила Лоренца не совершает работу. Это значит, что сила Лоренца не влияет на модуль скорости перемещения заряда. Но она может менять вектора его скорости.

Полная сила, действующая на заряд

При решении задач, в которых заряженная частица находится одновременно в электрическом и магнитном полях, нужно учитывать, что не нее действует сразу две силы. Со стороны магнитного поля — сила Лоренца. Со стороны электрического поля — сила → F э л , действующая на неподвижный заряд, помещенный в данную точку поля. Она равна произведению этого заряда на напряженность электрического поля:

Следовательно, полная сила, действующая на заряд, равна:

→ F = → F э л + → F л = q → E + | q | → v → B sin . α

Пример №3. В пространстве, где существует одновременно однородное и постоянное электрическое и магнитное поля, по прямолинейной траектории движется протон. Известно, что напряженность электрического поля равна → E . Какова индукция → B магнитного поля?

Прямолинейное движение протона возможно в двух случаях:

  • Вектор → E направлен вдоль траектории движения протона. Тогда вектор → B также должен быть направлен вдоль этой траектории, и его модуль может быть любым, так как магнитное поле на частицу действовать не будет.
  • Векторы → E , → B и → v взаимно перпендикулярны, и сила, действующая на протон со стороны электрического поля, равна по модулю и противоположна по направлению силе Лоренца, действующей на протон со стороны магнитного поля (см. рисунок).
Читайте также:  Найти угловое ускорения якоря после выключения тока

Заряд протона равен модулю заряда электрона — e . Сложим силы, действующие на протон по оси ОУ:

В скалярной форме:

Протон ускоряется постоянным электрическим полем конденсатора, напряжение на обкладках которого 2160 В. Затем он влетает в однородное магнитное поле и движется по дуге окружности радиуса 20 см в плоскости, перпендикулярной линиям магнитной индукции. Каков модуль вектора индукции магнитного поля? Начальной скоростью протона в электрическом поле пренебречь. Ответ выразить в мТл, округлив до десятых.

Источник

Определите направление силы лоренца действующей со стороны магнитного поля проводника с током

Физика

Электродинамика

Магнитное поле

Механические колебания

Электромагнитные колебания

Механические волны

Электромагнитные волны

Оптика

Геометрическая оптика

Задачи на сферическое зеркало

Линза

Волновая оптика

Основы теории относительности

Основы квантовой физики

Излучения и спектры

Световые кванты

Атомная физика

Ядерная физика

Физика элементарных частиц

Открытие позитрона. Античастицы

Современная физическая картина мира

Современная физическая картина мира

Строение Вселенной

Строение Вселенной

Звёзды и источники их энергии. Современные представления о происхождении и эволюции Солнца и звёзд

Наша галактика и другие галактики

Пространственные масштабы наблюдаемой Вселенной

Применимость законов физики для объяснения природы космических объектов

«Красное смещение» в спектрах галактик

Современные взгляды на строение и эволюцию Вселенной

Наблюдение солнечных пятен, звёздных скоплений, туманностей и галактик

Источник

Определите направление силы лоренца действующей со стороны магнитного поля проводника с током

Подробности Просмотров: 1896

Задачи по физике — это просто!

Вспомним формулы, которые :

Не забываем, что решать задачи надо всегда в системе СИ!

А теперь к задачам!

Элементарные задачи из курса школьной физики

Задача 1

Определить силу, с которой однородное магнитное поле действует на проводник длиной 20 см, если сила тока в нем 300 мА, расположенный под углом 45 o к вектору магнитной индукции. Магнитная индукция составляет 0,5 Тл.

Задача 2

Проводник с током 5 А находится в магнитном поле с индукцией 10 Тл.
Определить длину проводника, если магнитное поле действует на него с силой 20 Н и перпендикулярно проводнику.

Задача 3

Определить силу тока в проводнике длиной 20 см, расположенному перпендикулярно силовым линиям магнитного поля с индукцией 0,06 Тл, если на него со стороны магнитного поля действует сила 0,48 Н.

Задача 4

Проводник длиной 20 см с силой тока 50 А находится в однородном магнитном поле с индукцией 40 мТл.
Какую работу совершит источник тока, если проводник переместится на 10 см перпендикулярно вектору магнитной индукции (вектор магнитной индукции перпендикулярен направлению тока в проводнике).

Задача 5

Проводник длиной 0,15 м перпендикулярен вектору магнитной индукции однородного магнитного поля, модуль которого В=0,4 Тл. Сила тока в проводнике 8 А.
Найдите работу, которая была совершена при перемещении проводника на 0,025 метра по направлению действия силы Ампера.

Задача 6

Определить силу, действующую на заряд 0,005 Кл, движущийся в магнитном поле с индукцией 0,3 Тл со скоростью 200 м/с под углом 45 o к вектору магнитной индукции.

Какова скорость заряженного тела, перемещающегося в магнитном поле с индукцией 2 Тл, если на него со стороны магнитного поля действует сила 32 Н. Скорость и магнитное поле взаимно перпендикулярны. Заряд тела равен 0,5 мКл.

Определить центростремительную силу, действующую на протон в однородном магнитном поле с индукцией 0,01 Тл (вектор магнитной индукции перпендикулярен вектору скорости), если радиус окружности, по которой он движется, равен 5 см.

Задача 9

С каким ускорением движется электрон в однородном магнитном поле (вектор магнитной индукции перпендикулярен вектору скорости) с индукцией 0,05 Тл, если сила Лоренца, действующая на него, равна 5×10 -13 Н.

(Так как сила Лоренца является одновременно и центростремительной силой, и электрон движется по окружности, в задаче требуется рассчитать центростремительное ускорение, которое приобретает электрон в результате действия центростремительной силы.)

Источник

Задание 13. Электрическое поле, магнитное поле. ЕГЭ 2021 по физике

Задачи для практики

Задача 1

Прямой проводник с током находится в однородном магнитном поле. Как направлены линии магнитной индукции по отношению к проводнику (влево, вправо, вверх, вниз, от наблюдателя, к наблюдателю)? Ответ запишите словом (словами) без пробелов и разделительных знаков.

Читайте также:  Порядок измерения силы тока мультиметром
Решение

Согласно правилу левой руки, если левую руку расположить так, чтобы линии индукции магнитного поля $В↖<→>$ входили в ладонь, четыре пальца были направлены по току $J$, то отогнутый на 90° большой палец левой руки укажет направление силы Ампера (от наблюдателя).

Задача 2

Прямой проводник, по которому проходит ток, находится в однородном магнитном поле. Куда направлена относительно плоскости рисунка (вверх, вниз, вправо, влево, от наблюдателя, к наблюдателю) сила Ампера? Ответ дайте словом (словами).

Решение

Согласно правилу левой руки: если линии магнитной индукции входят в ладонь, а четыре пальца направлены по току, то отогнутый на 90° градусов большой палец покажет направление силы Ампера (вниз).

Задача 3

Направление тока в соленоиде известно. Каким полюсом (север, юг) повернётся магнитная стрелка к соленоиду? Ответ запишите словом (словами). (на рисунке направление тока в катушке указано для ближней к нам стороны катушки)

Решение

Определим полюсы соленоида: ближайший полюс к магнитной стрелке — северный N, значит, магнитная стрелка повернется к соленоиду южным S полюсом. Полюсы соленоида определяем по правилу Буравчика: если рукоятку буравчика вращать по направлению силы тока $J$ в витках соленоида, то острие буравчика будет показывать направление вектора индукции магнитного поля.

Задача 4

Электрон влетает в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции со скоростью v. Укажите, как направлена сила Лоренца (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю). Ответ запишите словом (словами).

Решение

Направление силы Лоренца поределяется по правилу левой руки. Оно сформулировано для положительно заряженной частицы, а электрон заряжен отрицательно, значит, четыре пальца левой руки надо расположить в напралении, противоположном движению электрона (т.е. в сторону, обратную вектору скорости).

Задача 5

По трём тонким прямым параллельным проводникам 1, 2, 3, расположенным на одинаковом расстоянии друг от друга, текут одинаковые токи I. Куда направлена относительно рисунка сила Ампера, действующая на проводник 1 со стороны проводников 2 и 3 (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя)? Ответ запишите словом (словами).

Решение

На проводник наибольшее воздействие оказывает проводник ближайший, тогда как они одноименного направления, то притягиваются, от проводника 1 сила Ампера направлена вниз.

Задача 6

Заряд +q находится на равных расстояниях от неподвижных точечных зарядов +2q и +2q, расположенных на концах тонкой стеклянной палочки. Определите направление относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) ускорения заряда +q в данный момент времени, если на него действуют только данные заряды +2q и +2q. Ответ запишите словом (словами).

Решение

Известно из электростатики, что одноименные заряды отталкиваются, тогда как суммарный вектор силы от первого и второго заряда будет направлен вниз.

Задача 7

По двум тонким прямым параллельным проводникам текут одинаковые токи I. Куда направлено относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) создаваемое ими магнитное поле в точке A? Ответ запишите словом (словами).

Решение

По правилу Буравчика определим направление вектора магнитной индукции от 2-х проводников — он направлен к нам.

Задача 8

На рисунке изображён проволочный виток, по которому течёт электрический ток в направлении, указанном стрелкой (виток расположен в плоскости рисунка). Определите, куда направлен (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) вектор индукции магнитного поля в центре витка. Ответ запишите словом (словами).

Решение

По правилу левой руки определим направление вектора магнитной индукции, направленного от наблюдателя.

Задача 9

Определите направление (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) силы, действующей на заряд −q, расположенный в центре квадрата, в вершинах которого находятся заряды величиной q, 2q, 3q и 4q. Ответ запишите словом (словами).

Решение

Так как сила притяжения больше в $3q$, а еще больше в $4q$, можем сказать, что результирующая сила направлена по сумме векторов вправо.

Задача 10

Электрон, влетевший в зазор между полюсами электромагнита, имеет горизонтально направленную скорость, перпендикулярную вектору индукции магнитного поля. Как направлен относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) вектор силы Лоренца, действующей на электрон? Ответ запишите словом (словами).

Читайте также:  Почему бойлер щиплет током
Решение

Так как это электрон, воспользуемся правилом левой руки и определим силу Лоренца, действующую вверх. Важно помнить, что так как заряд электрона отрицательный, 4 пальца левой руки мы направляем против его скорости.

Задача 11

Как направлен относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) вектор силы, действующей на электрон вблизи бесконечного прямого проводника с током? Ответ запишите словом (словами).

Решение

По правилу Буравчика определим направление магнитной индукции и далее по правилу левой руки определим направление силы Лоренца, учитывая отрицательный заряд электрона. Вектор $B↖<→>$ от наблюдателя, а сила — вверх.

Задача 12

Как направлена (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) сила Ампера, действующая на проводник №1, если все три проводника тонкие, лежат в одной плоскости, параллельны друг другу и расстояния между соседними проводниками одинаково? (I — сила тока.) Ответ запишите словом (словами).

Решение

По правилу левой руки определим напряжение силы. перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, а 4 отогнутых пальца по направлению тока, то большой палец покажет направление силы магнитной индукции по правилу Буравчика.

Задача 13

Проводник с током расположен между полюсами постоянного магнита так, как показано на рисунке. Определите направление (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) силы, действующей на проводник с током. Ответ запишите словом (словами).

Решение

На проводник с током в магнитном поле будет действовать сила Ампера, опрделяемая по правилу левой руки: если левую руку расположить так, чтобы вытянутые пальцы показывали направление тока в проводнике, а линии индукции магнитного поля $B↖<→>$ входили в ладонь, то отгнутый на 90° большой палец укажет направление силы Ампера.

Задача 14

По двум параллельным проводникам текут токи так, как показано на рисунке. Какое направление (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) имеет вектор магнитной индукции в точке A? Ответ запишите словом (словами).

Решение

По правилу суперпозиции, вектор магнитной индукции в точке $A$ $↖<→>$ будет направлен вниз: $↖<→>=↖<→>+↖<→>$, где $↖<→>$ — индукция магнитного поля в точке $A$ от проводника с током $J_1$; $↖<→>$ — индукция магнитного поля в точке $A$ от проводника с током $J_2$.

Задача 15

На рисунке изображён точечный электрический заряд. Как направлена относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) напряжённость поля заряда в точке A? Ответ запишите словом (словами).

Решение

Линии напряженности электростатического поля, созданного точечным отрицательным зарядом, направлены радиально к заряду, т.к. пробный заряд в любой точке притягивается к нему. Отрицательный заряд является стоком линий напряженности.

Задача 16

На рисунке изображён точечный электрический заряд. Как направлена относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) напряжённость поля заряда в точке A? Ответ запиши

Решение

Линии напряженности электростатического поля, созданного точечным положительным зарядом, направлены радиально от заряда, т.к. пробный заряд в любой точке отталкивается от него.

Задача 17

На рисунке изображена система одинаковых по величине точечных электрических зарядов. Как направлена сила Кулона, действующая на отрицательный заряд со стороны остальных зарядов системы (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя)? Ответ запишите словом (словами).

Решение

Согласно принципа суперпозиции сил, равнодействующая сила Кулона будет напрвлена вниз. Положительный и отрицательный заряды притягиваются друг к другу: $F↖<→>=↖<→>+↖<→>+↖<→>$.

Задача 18

На рисунке изображена рамка с током, помещённая в магнитное поле. Как направлена относительно рисунка (вправо, влево, вверх, вниз, к наблюдателю, от наблюдателя) вызванная этим полем сила Ампера, действующая на сторону 3–4 рамки? Ток в рамке течёт по часовой стрелке. Ответ запишите словом (словами).

Решение

Согласно правилу левой руки, если левую руку расположить так, чтобы линии индукции магнитного поля $В↖<→>$ входили в ладонь, четыре пальца были направлены по току $J$, то отогнутый на 90° большой палец левой руки укажет направление силы Ампера.

Источник