Основные формулы и методические рекомендации по решению задач на магнитостатику

«Три пути ведут к знанию:

путь размышления –

это путь самый благородный,

путь подражания –

это путь самый легкий,

и путь опыта – это путь самый горький».

Конфуций

Что такое магнитостатика? Магнитостатика – это раздел электродинамики, изучающий взаимодействие постоянных токов посредством создаваемых ими магнитных полей. Именно на основании взаимодействия двух проводников с током посредством магнитных полей, была введена единица измерения силы тока – ампер. Если по очень длинным и тонким проводникам, находящимся на расстоянии один метр друг от друга, проходит одинаковый ток, при котором сила их притяжения или отталкивания составляет 2×10^–7 Н, то сила тока в этих проводниках равна 1 А.

Магнитное поле характеризуется такой величиной, как вектор магнитной индукции. Это силовая характеристика магнитного поля. На чертежах обозначают магнитные линии (или линии магнитной индукции). Чем больше густота этих линий, тем больше модуль вектора магнитной индукции данного поля.

Помимо того, что вокруг прямолинейного проводника с током возникает круговое магнитное поле, магнитное поле может быть создано и круговыми токами. Наглядным примером такого магнитного поля является магнитное поле соленоида. Напомним, что соленоид – это катушка цилиндрической формы из проволоки, витки которой намотаны вплотную друг к другу в одном направлении, а длина катушки значительно больше радиуса витка. В результате протекания электрического тока по этим виткам, внутри соленоида создается однородное магнитное поле. Направление вектора магнитной индукции внутри соленоида можно определить, если направить пальцы левой руки по направлению тока. Тогда отогнутый большой палец укажет направление вектора магнитной индукции.

Итак, как вы уже знаете, магнитное поле и проводник с током взаимодействуют, а любое взаимодействие характеризуется такой физической величиной, как сила. На проводник, находящийся в магнитном поле, действует сила Ампера. Напомним, что электрический ток есть не что иное, как упорядоченное движение заряженных частиц. Поэтому, на движущуюся в магнитном поле заряженную частицу тоже действует сила – сила Лоренца. Причём направление этой силы зависит от знака заряда частицы, а также определяется с помощью правила левой руки.

Сведём в таблицу основные формулы магнитостатики.

Выделим общие рекомендации по решению задач на магнитостатику. В общем и целом, можно выделить три типа задач: задачи на вычисление магнитной индукции, задачи на силовое действие магнитного поля на движущиеся в нём заряженные частицы и задачи на силовое действие магнитного поля на проводники или контуры с током.

Методические рекомендации по решению задач вычисление магнитной индукции.

1. Сделать схематический чертёж, указав на нём проводник, создающий магнитное поле.

2. Провести линию магнитной индукции в рассматриваемой точке, определив её направление с помощью правила правого винта.

3. Изобразить в рассматриваемой точке вектор магнитной индукции, помня о том, что он направлен по касательной к линии магнитной индукции.

4. Вычислить модуль магнитной индукции, используя соответствующие формулы для магнитного поля.

5. В случае, если магнитное поле создано несколькими токами, следует использовать принцип суперпозиции полей.

Методические рекомендации по решению задач на силовое действие магнитного поля на движущиеся в нём заряженные частицы

1. Сделать чертёж, указав на нём магнитные линии, начальную скорость частицы, а также знак заряда частицы.

2. Если скорость частицы направлена под углом к линии индукции магнитного поля, ее следует разложить на две составляющие, одна из которых должна быть перпендикулярна вектору магнитной индукции, а вторая параллельна ему.

3. Изобразить силу Лоренца, действующую на частицу, используя правило левой руки. При необходимости изобразить другие силы, действующие на частицу.

4. Используя второй закон Ньютона и формулу для силы Лоренца, составить соответствующее уравнение и решить его относительно искомых величин.

Методические рекомендации по решению задач на силовое действие магнитного поля на проводники или контуры с током

1. Сделать схематический чертёж, указав на нём линии индукции магнитного поля.

2. Изобразить проводник или контур в этом поле, обозначив направление тока.

3. Используя правило левой руки, определить направление силы Ампера и обозначить её на чертеже.

4. Если в задаче рассматривается равновесие проводника, то следует указать остальные силы, действующие на проводник и записать условия равновесия.