Билет №18 1. Теория (Электродинамика). Магнитное поле постоянного тока. Вектор магнитной индукции. Сила Ампера. Правило левой руки. 2. Задача. Прямолинейный проводник длиной 20 см с током 5 А находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл. Определите силу Ампера, действующую на проводник, если он расположен под углом 30° к линиям индукции. 3. Творческое задание. Сконструируйте простейший электродвигатель постоянного тока из подручных средств (батарейка, магнит, проволока). Опишите принцип его работы и объясните, почему он вращается.

Теория:

Магнитное поле постоянного тока создаётся движущимися электрическими зарядами (током). Характеризуется вектором магнитной индукции (B), который определяет силу воздействия поля на движущиеся заряды.

Сила Ампера — сила, действующая на проводник с током в магнитном поле. Её модуль вычисляется по формуле: \( F = I \cdot l \cdot B \cdot \sin(\alpha) \), где \( I \) — сила тока, \( l \) — длина проводника, \( B \) — магнитная индукция, \( \alpha \) — угол между проводником и вектором магнитной индукции.

Правило левой руки: Если левую руку расположить так, чтобы четыре вытянутых пальца были направлены по току, а линии магнитного поля входили в ладонь, то отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы Ампера.

Задача:

Дано:
\( l = 20 \text{ см} = 0.2 \text{ м} \)
\( I = 5 \text{ А} \)
\( B = 0.1 \text{ Тл} \)
\( \alpha = 30° \)

Найти: \( F \)

Решение:
Используем формулу силы Ампера: \( F = I \cdot l \cdot B \cdot \sin(\alpha) \).

\( \sin(30°) = 0.5 \).

Подставляем значения: \( F = 5 \text{ А} \cdot 0.2 \text{ м} \cdot 0.1 \text{ Тл} \cdot 0.5 \).

\( F = 5 \cdot 0.2 \cdot 0.1 \cdot 0.5 \text{ Н} \)
\( F = 1 \cdot 0.1 \cdot 0.5 \text{ Н} \)
\( F = 0.05 \text{ Н} \).

Ответ: Сила Ампера равна 0.05 Н.

Творческое задание:

Конструкция:
1. Батарейка (источник тока).
2. Магнит (обычно неодимовый, для создания магнитного поля).
3. Проволока (медная, тонкая, чтобы сделать из неё петлю или спираль).

Сборка:
Петля из проволоки подвешивается так, чтобы она могла свободно вращаться. Один из проводов батарейки касается одного конца петли, другой провод — другого конца. Магнит располагается так, чтобы он создавал поле внутри петли.

Принцип работы:
Когда ток проходит по петле, на неё начинает действовать сила Ампера (взаимодействие тока с магнитным полем магнита). Сила Ампера приложена к разным частям петли с разных сторон, поэтому возникает вращающий момент. Этот момент заставляет петлю вращаться.

Почему вращается:
Проводник с током находится в магнитном поле. На каждую сторону петли действует сила Ампера. Эти силы направлены в противоположные стороны относительно оси вращения, создавая крутящий момент. Когда петля поворачивается, направление сил может меняться, но благодаря инерции и правильному расположению контактов, вращение продолжается.