Задачи средней трудности. В2. В магнитное поле внесены четыре провода с то­ками, направления которых показаны на рис

В1.Определить рас­положение полюсов маг­нита, показанного на рис. 8.26. Рис. 8.26

Рис. 8.27

В2. В магнитное поле внесены четыре провода с то­ками, направления которых показаны на рис. 8.27. Ка­ковы направления силы Ампера, действующей на каждый провод?

Рис. 8.28

В3. На рис. 8.28 изображены три пары проводников с током. Нарисуйте направле­ние сил Ампера, приложенных к каждому из проводников. Обоснуйте справедливость третьего закона Ньютона для последнего случая.

В4.На рис. 8.29 представлены взаимодей­ствия магнитного поля с током. Сформулировать задачу для каждого из приведенных случаев и решить ее.

Рис. 8.29

Рис. 8.30   Рис. 8.31

В5.Круговой проводник А закреплен, а круговой проводник В может вращаться вокруг оси (рис. 8.30). Как расположится проводник В, если по проводникам пропус­тить токи в направлениях, указанных на рисунке?

В6.Какую форму стремится принять замкнутый гибкий проводник, по которому течёт ток?

В7. В горизонтальной плоскости лежит виток. Однородное магнитное поле направлено вертикально сверху вниз (рис. 8.31). Какбудут направлены силы, действующие на виток: а) если по нему пропустить ток в направлении, указанном стрелкой; б) если ток идет в обратном направлении? Какую форму стремится при­нять виток, если он сделан из очень гибкой проволоки, в обоих случаях?

В8. Опишите поведение рамки с током в магнитных полях (рис. 8.32).

В9. Опишите поведение намагниченного железного бруска в магнитных полях (рис. 8.33).

В10. Опишите поведение магнитной стрелки в магнитных полях (рис. 8.34).

Рис. 8.32

Рис. 8.33

Рис. 8.34

В11. Кусок железа, помещенный перед катушкой, втягивается в нее при включении тока независимо от направления тока. На этом основано устройство амперметров и вольтметров так назы­ваемой электромагнитной системы, применяемых для измерения переменного тока и напряжения (на рис. 8.35 для ясности кусок железа снабжен стрелкой и показана шкала). Объясните этот опыт. Пришло бы железо в движение, если бы мы поместили его внутрь катушки, т. е. в область, где магнитное поле однородно?

Рис. 8.35

В12.В проводнике с длиной активной части 8 см сила тока равна 50 А. Проводник находится в однородном магнитном поле с индукцией 20 мТл. Найти совершенную работу, если проводник переместился на 10 см перпендикулярно линиям индукции.

В13. Плоская прямоугольная катушка из 200 витков со сторонами 10 и 5 см находится в однородном магнит­ном поле с индукцией 0,05 Тл. Какой максимальный вра­щающий момент может действовать на катушку в этом поле, если сила тока в катушке 2 А?

Рис. 8.36

В14.Прямой проводник ab длиной l = 0,2 м и массой т = 5 г подвешен горизонтально на двух невесомых нитях Оа и O¢b в однородном магнитном поле. Магнитная индукция В = 49 мТл и перпендикулярна к проводнику (рис. 8.36). Какой ток надо пропустить через про­водник, чтобы одна из нитей разорва­лась, если нить разрывается при на­грузке, равной или превышающей Mg = 39,2 мН?

Задачи трудные

С1.По двум жестким незакрепленным прямолинейным проводникам, скрещивающимся под прямым углом, проходят токи I₁ и I₂(рис. 8.37). Как будет меняться взаимное расположение провод­ников вследствие магнитного взаимодействия между ними?

Рис. 8.37 Рис. 8.38

С2.В атомных реакторах в качестве теп­лоносителя часто применяют жидкий металл, который перекачивается с помощью магнитных насосов (рис. 8.38). В каком направлении бу­дет двигаться металл по трубе А, если по нему пропускать ток в направлении, указанном на рисунке?

С3. Как направлена сила, с которой магнитное поле Земли действует в северном полушарии на горизонтальный проводник с током, если проводник расположен: а) в плоско­сти магнитного меридиана и ток идет с севера на юг; б) перпендикулярно к плоскости магнитного меридиана и ток идет с запада на восток?

С4.Витки обмоток электрических генераторов или транс­форматоров могут деформироваться и даже разорваться при прохождении по ним большой силы тока (например, при коротком замыкании). Почему?

Рис. 8.39

С5.Проволочный квадрат расположен в одной плоскости с бесконечным проводником (рис. 8.39). По квадрату и по бесконечному проводнику протекает ток I. Как направлена сила, действующая на квадрат со стороны магнитного поля проводника?

С6. Если через проволочную спираль пропускать ток, то витки ее притягиваются друг к другу и спираль стягивается по оси. Объясните это явление.

С7.Объясните опыт с «танцующей пружиной», изображенной на рис. 8.40. Ток подводится к пружине через верхний неподвиж­ный конец 1 и через чашечку с ртутью 2, в которую погружен нижний конец пружины. При включении тока пружина начинает периодически сжиматься и растягиваться, причем конец ее то выходит из ртути, то снова входит в нее. Какой из известных нам приборов напоминает это устройство? Для какой цели его можно было бы использовать?

Рис. 8.40 Рис. 8.41

С8. На рис. 8.41 изображена модель «электропушки», представляющая собой горизонтально укрепленный соленоид 1, намо­танный на медную или стеклянную трубку. У одного конца его находится железный «снаряд» (гвоздь) 2. Если на короткое время включить достаточно большой ток, то снаряд соленоида, пролетит сквозь него и вылетит с довольно значительной скоростью. В какой момент нужно выключить ток, чтобы снаряд вылетел из соленоида с наибольшей скоростью? Каково будет движение снаряда, если ток останется включенным все время?

С9. Проволочный треугольник, одна из сторон которого вер­тикальна, находится в однородном магнитном поле, индукция ко­торого равна В и направлена вниз (рис. 8.42). Площадь треугольника равна S, а ток, протекающий по его контуру, равен I. Найти момент пары сил, действующей на треугольник со стороны поля.

С10. Горизонтальное сверхпроводящее кольцо, по которому течет ток силой I = 2,0 А, «парит» в неоднородном магнитном поле (рис. 8.43). Вектор магнитной индукции в точках, где находится кольцо образует угол a = 30° с осью кольца и равен по модулю В = 0,10 Тл. Определите массу т кольца, если его радиус R = 5,0 см.

Рис. 8.42 Рис. 8.43

С11.Горизонтальные рельсы находятся в вертикальном однородном магнитном поле на расстоянии l = 15 см друг от друга. На них лежит стальной стержень массой т = 300 г, перпендикулярный рельсам. Коэффициент трения между стержнем и рельсами m = 0,20. Чтобы стержень сдвинулся с места, по нему необходимо пропустить ток силой I = 40 А. Какова индукция В магнитного поля?

Рис. 8.44

С12. Перекладина длиной l = 20 см и массой т = 24 г под­вешена горизонтально на двух тонких невесомых проводах в вертикальном магнитном поле с индукцией В = 0,080 Тл. К точкам закрепления проводов подключен источник тока (рис. 8.44), при этом в цепи поддерживается постоянный ток силой I = 2,5 А. Длина проводов l = 0,12 м. Провода отклоняют на угол a= 30° от вертикального положения и отпускают. Найти скорость пере­кладины в момент, когда провода проходят через вертикальное положение. Индуктивностью пренебречь.

С13.Между полюсами магнита подвешен горизонтально на двух невесомых нитях прямой проводник длиной l = 0,20 м и массой т = 10 г. Индукция однородного магнит­ного поля В = 49 мТл и перпендикулярна к проводнику. На какой угол aот вертикали отклонятся нити, поддерживающие проводник, если по нему пропустить ток I = 2,0 А?