Действие магнита на ток

Определения и обозначения

Магнитное поле тока — поле вокруг проводника с током, которое обнаруживается по его действию на магнитную стрелку. Если стрелка рядом с проводом отклоняется, значит, вокруг провода есть магнитное поле. Так можно заметить действие тока, которое не видно глазами. Это понятие помогает связать электрические явления с магнитными.

Сила Ампера — сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током. Под её действием проводник может сдвинуться или начать двигаться. Поэтому ток в магнитном поле способен не только создавать поле вокруг себя, но и приводить предметы в движение. Сила Ампера нужна для объяснения работы устройств с движущимися частями.

Правило левой руки — способ определить направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле. Ладонь обращают к магнитному полю, пальцы направляют по току, а большой палец показывает силу. Это правило помогает заранее понять, в какую сторону может двинуться проводник. При этом направление тока нельзя путать с направлением движения.

Электромагнит — устройство, в котором магнитное действие создаётся электрическим током. Обычно ток проходит по проволочной катушке, а внутри неё помещают железный сердечник. Катушка создаёт магнитное поле, а сердечник усиливает его. Если ток отключить, магнитное действие электромагнита ослабевает или прекращается.

Как это устроено

Представим проводник между полюсами магнита. Когда ток выключен, проводник сам по себе не начинает двигаться под действием силы Ампера. Включим ток и понаблюдаем за проводником: если он отклонится или сдвинется, значит, магнитное поле действует на него. Сравнение двух состояний показывает, что для такого действия нужен ток в проводнике.

Причина движения в том, что магнитное поле действует на проводник, по которому проходит ток. Возникающая сила Ампера направлена поперёк тока и магнитного поля. Поэтому она может толкнуть проводник в сторону, а не просто вдоль провода. Если проводник закреплён свободно, сила заставит его сместиться; если он удерживается, движение может быть незаметно.

Направление силы зависит от направления тока. Если оставить магнит на месте, но поменять направление тока, сила Ампера тоже направится в другую сторону. Поэтому проводник начнёт двигаться противоположно прежнему движению. Это позволяет проверить, что движение вызывает именно сила, связанная с током, а не случайный толчок.

Направление силы можно определить правилом левой руки. Поверните ладонь так, чтобы магнитное поле входило в неё, а четыре пальца указывали направление тока. Отогнутый большой палец покажет, куда направлена сила Ампера. Пальцы при этом показывают именно ток в проводнике, а большой палец — действие силы, которое может вызвать движение.

Когда ток выключают, магнитное действие тока исчезает, поэтому сила Ампера перестаёт двигать проводник. Это свойство удобно в устройствах, которые можно включать и выключать. В электромагните ток проходит по катушке и создаёт магнитное действие, а железный сердечник его усиливает. Ток можно отключить, чтобы ослабить или убрать это действие; похожий принцип используют и в электрических устройствах, где нужно вызвать движение.

Действие магнитного поля на проводник с током

В таблице собраны условия, от которых зависит движение проводника. Сравнивайте каждое изменение с исходным случаем: ток идёт, а магнитное поле не меняется. Если изменено только одно направление, направление силы становится противоположным. Если изменены оба направления одновременно, результат по направлению силы остаётся прежним.

Разбор задач

Задача 1

Проводник с током поместили между полюсами магнита. Что нужно наблюдать, чтобы выяснить, действует ли магнитное поле на проводник? Сравним поведение проводника в двух состояниях: при включённом и выключенном токе. Так мы отделим действие силы от простого присутствия магнита.

1. Посмотрите на положение проводника, когда ток выключен.
2. Включите ток и проверьте, изменилось ли положение проводника.
3. Если при включении он отклонился или сдвинулся, это показывает действие магнитного поля на проводник с током.

Ответ: нужно сравнить положение проводника при выключенном и включённом токе. Его движение или отклонение при включённом токе показывает, что поле действует.

Задача 2

Проводник движется в одну сторону. Как изменится его движение, если изменить только направление тока? В условии сказано, что магнитное поле остаётся прежним. Значит, меняется лишь одно из условий, от которых зависит направление силы Ампера.

1. Вспомните, что направление силы определяется направлением тока и магнитного поля.
2. Оставьте направление поля прежним, а направление тока поменяйте на противоположное.
3. Сила Ампера изменит направление, поэтому движение проводника тоже станет противоположным.

Ответ: проводник начнёт двигаться в другую сторону.

Задача 3

На схеме показаны направление тока и полюса магнита. Нужно определить, в какую сторону начнёт двигаться проводник, а затем выяснить, что произойдёт при смене полюсов. Полюса показывают направление магнитного поля: оно направлено от северного полюса к южному. Даже без схемы можно выполнить те же шаги, если известны направление тока и расположение полюсов.

1. Установите направление поля от северного полюса к южному.
2. Обратите левую ладонь к полю так, чтобы поле входило в неё, а пальцы направьте по току.
3. Посмотрите, куда указывает большой палец: это направление силы и возможного движения проводника.
4. При смене полюсов направление поля изменится на противоположное, а направление силы и движения тоже станет противоположным.

Ответ: первоначальное направление показывает большой палец левой руки. После смены полюсов проводник будет двигаться в противоположную сторону.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что магнит одинаково действует на проводник при включённом и выключенном токе. Её допускают, потому что видят рядом магнит и забывают, что сила Ампера связана с током. Проверьте себя: сравните поведение проводника в двух состояниях. При выключенном токе вызванное этой силой движение прекращается.

Ошибка: путать направление тока с направлением движения проводника. Ток проходит внутри проводника, а движение может вызвать сила, направленная иначе. Такое смешение возникает, когда оба направления пытаются представить одной стрелкой. Перед применением правила отдельно укажите направление тока и отдельно — куда движется проводник.

Ошибка: направлять пальцы левой руки по движению проводника. Пальцы должны указывать направление тока, а большой палец — силы. Путаница появляется, если принять правило за способ определить движение напрямую. Проверьте себя: сначала найдите направление тока, затем расположите руку и только после этого прочитайте направление силы.

Ошибка: ожидать, что смена направления тока не повлияет на движение. Если поле осталось прежним, направление силы станет противоположным, а вместе с ним изменится и направление движения. Это забывают, не учитывая, что сила зависит от направления тока. Проверьте себя: примените правило левой руки сначала к исходному току, а затем к противоположному.

Связь с другими темами

Чтобы понять действие магнитного поля на ток, нужно знать, что такое электрический ток и как определить его направление в проводнике. Также пригодится знание о полюсах магнита и магнитном поле вокруг него. Новое явление соединяет сведения об электричестве и магнетизме: ток в поле испытывает действие силы. Позже это поможет разобраться в электродвигателях и других устройствах, где электрический ток вызывает движение.

Что запомнить

• Магнитное поле действует на проводник, по которому идёт ток.
• Действие магнитного поля может привести проводник в движение.
• Направление силы зависит от направлений тока и магнитного поля.
• При изменении направления тока направление силы меняется на противоположное.
• Правило левой руки помогает определить направление силы.
• Магнитное действие тока используют в электромагнитах и электрических устройствах.