Решение задач по теме «Электромагнитное поле»

Данная тема посвящена решению задач на «Электромагнитное поле».

Прежде чем приступить непосредственно к решению, вспомним основные термины и понятия, которые могут пригодиться при решении задач на данную тему.

Магнитное поле — это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды.

Для наглядного представления магнитного поля пользуются магнитными линиями. Магнитные линии — это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле.

Замкнутость линий магнитного поля представляет собой фундаментальное свойство магнитного поля. Оно свидетельствует о том, что магнитных зарядов, подобных электрическим, в природе нет.

За направление магнитной линии в какой-либо ее точке условно принимают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещенной в эту точку. Направление линий магнитного поля будет зависеть от направления тока в проводнике.

Эта связь может быть выражена с помощью правила буравчика (или правила правого винта): если поворачивать головку винта так, чтобы поступательное движение острия винта происходило вдоль тока в проводнике, то направление вращения головки указывает направление линий магнитного поля тока.

Для определения направления линий магнитного поля соленоида удобнее пользоваться правилом правой руки: если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

Известно, что магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник с током, находящийся в этом поле. Направление этой силы можно определить с помощью правила левой руки: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре вытянутых пальца были направлены по току, то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

Магнитная индукция — это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, численно равная отношению модуля силы, с которой магнитное поле действует на расположенный перпендикулярно магнитным линиям проводник с током, к силе тока в проводнике и его длине.

Единицей измерения магнитной индукции в системе СИ является Тл (тесла).

Электромагнитное поле — это совокупность неразрывно связанных друг с другом изменяющихся электрического и магнитного полей.

Электромагнитная волна — это распространяющееся в пространстве периодически изменяющееся элек­тромагнитное поле.

Скорость распростране­ния электромагнитной волны в вакууме равна скорости света, а в среде эта скорость меньше и зависит от свойств среды.

Приступим, непосредственно, к решению задач.

Задача 1. В магнитное поле помещен проводник, по которому протекает электрический ток. Направление электрического тока перпендикулярно линии магнитной индукции. Длина проводника составляет 5 см. Сила, действующая на этот проводник со стороны магнитного поля, составляет 50 мН. Сила тока — 25 А. Определите значение магнитной индукции.

Ответ: 0,04 Тл.

Задача2. По указанному на рисунке графику определите максимальное амплитудное значение электрического напряжения, период колебаний этого напряжения и частоту колебаний напряжения.

Решение:

Амплитудное значение переменной величины, напряжение — это максимальное по модулю значение, в данном случае 150 Вольт.

Следующий этап: необходимо определить время, в течение которого это колебание полностью повторяется. Из графика видно, что периодом колебания является время 0,08 секунды. Чтобы определить частоту колебаний, можно воспользоваться формулой связи частоты и периода. Т.о. получаем, что частота колебаний составляет 12,5 Герц.

Задача 3. По рисунку определите направление силы Ампера, действующей на проводник с током.

Решение:

Известно, что в магнитном поле на проводник, по которому протекает электрический ток, действует сила Ампера.

Вспомним, что магнитная индукция всегда направлена от северного полюса к южному полюсу, вне магнита.

Применим правило левой руки. Располагая левую руку так, что четыре вытянутых пальца указывают направление электрического тока, а магнитная индукция входит в ладонь, мы понимаем, что отогнутый большой палец укажет направление силы Ампера.

Сила Ампера будет направлена перпендикулярно наблюдателю.

Ответ: Сила Ампера будет направлена перпендикулярно наблюдателю.

Задача 4. Частоту электромагнитной волны увеличили в 4 раза. Как при этом изменилась длина волны?

Ответ: длина волны уменьшилась в 4 раза.

Задача 5. Солнце от Земли располагается на расстоянии приблизительно в 150 миллионов километров. За какое время свет от Солнца доходит до Земли?

Ответ: 500 с.