В этой статье собраны ключевые понятия по магнетизму и электромагнетизму, практические приёмы решения задач и примеры. Текст рассчитан на школьников и преподавателей, готовящихся к ОГЭ и ЕГЭ, а также на всех, кто хочет систематизировать знания о магнитном поле, индукции и силе Лоренца.
Магнетизм — это свойство веществ взаимодействовать с магнитными полями. В повседневной жизни мы встречаем магниты, компас и бытовую технику, в которой используются магнитные эффекты. В физике под магнетизмом понимают поведение токов и магнитных диполей, а также явления, связанные с образованием магнитных полей в веществах (ферромагнетизм, парамагнетизм и диамагнетизм).
Ключевые понятия: магнитный диполь, магнитное поле, магнитный поток, магнитная индукция.
Магнитное поле описывается вектором магнитной индукции B (измеряется в теслах, Т). Вектор B показывает направление и величину магнитного воздействия на передвигающиеся заряды и токи.
Для однородного поля магнитный поток через поверхность площади S определяется как
Φ = B · S · cosθ,
где θ — угол между вектором B и нормалью к поверхности.
Измеряемые и важные величины:
Сила Лоренца — это сила, действующая на заряд q, движущийся со скоростью v в магнитном поле B:
F = q (v × B).
Модуль этой силы при угле θ между v и B равен
|F| = q v B sinθ.
Для проводника длиной L с током I в магнитном поле справедливо:
F = I (L × B), |F| = I L B sinθ.
Примеры (с подробным расчётом — сила лоренца примеры):
Пример 1 — элементарная частица:
Пусть протон (q = 1.6·10^−19 Кл) движется со скоростью v = 2·10^6 м/с перпендикулярно магнитному полю B = 0.5 Т. Тогда
|F| = q v B = 1.6·10^−19 · 2·10^6 · 0.5 = 1.6·10^−13 Н.
Направление силы задаётся правилом правой руки (для положительного заряда).
Пример 2 — проводник с током:
Проводник длиной 20 см несёт ток I = 5 А и находится в поле B = 0.15 Т перпендикулярно проводнику. Тогда
F = I L B = 5 · 0.2 · 0.15 = 0.15 Н.
Электромагнитная индукция — процесс появления электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике при изменении магнитного потока через контур. Закон Фарадея:
ε = − dΦ/dt.
Отрицательный знак отражает закон Ленца: создаваемая индукционная ЭДС стремится предотвратить изменение потока.
Типичная задача (индукция задачи):
К катушке с N = 100 витков, площадью S = 2·10^−2 м^2, магнитное поле падает с 0.1 Т до 0 Т за Δt = 0.05 с. Определите модуль индукционной ЭДС.
ΔΦ = S·ΔB = 2·10^−2 · 0.1 = 2·10^−3 Вб;
ε = N · ΔΦ / Δt = 100 · 2·10^−3 / 0.05 = 4 В.
Знак определяется Ленцем — ток направлен так, чтобы его собственное поле противодействовало уменьшению внешнего поля.
Чаще всего в задачах требуется:
Полезные ресурсы и сборники задач: Сборник задач по физике 9 класса, Задачник для 10 класса. Для методики решения см. разделы: Методы решения задач по физике и Пошаговый решатель задач.
Практическая отработка понятий помогает лучше понять магнетизм и электромагнетизм. Виртуальные лаборатории позволяют визуализировать линии поля, движение заряда и индукцию.
Рекомендованные материалы:
Также полезны каналы и ресурсы типа pavel-viktor-channel и foxford-physics для разбора типичных задач.
| Понятие | Формула | Единицы |
|---|---|---|
| Сила на заряд | F = q v B sinθ | Н (ньютон) |
| Сила на проводник | F = I L B sinθ | Н |
| Магнитный поток | Φ = B S cosθ | Вб |
| Индукционная ЭДС | ε = − dΦ/dt | В (вольт) |
| Момент силы на рамку | τ = μ × B, μ = I S | Н·м |
Магнетизм и электромагнетизм — основополагающие разделы физики, которые связывают микроскопические свойства зарядов и макроскопические приборы повседневного пользования. Чтобы уверенно решать задачи (включая индукция задачи и вычисления силы Лоренца), изучайте формулы, тренируйтесь на типовых примерах и используйте визуальные симуляции.
Если вы готовитесь к контрольной или экзамену — начните с практики: решайте задачи из сборников, смотрите видеоуроки и пробуйте виртуальные опыты в симуляторах. Нужны готовые решения или пошаговый разбор — воспользуйтесь пошаговым решателем и шпаргалками на странице формул.
Хотите, чтобы мы подобрали конкретные задачи и разобрали их пошагово? Оставьте запрос в разделе вопросов и ответов или начните с подборки задач для вашего класса — переходите в наш раздел методы решения задач.
Удачи в изучении магнетизма и электромагнетизма!