Електрика і магнетизм · магнітне поле
Магнітне поле: індукція, сила Ампера і Лоренца
Магнітне поле — ключова тема електромагнетизму. Розберемо магнітну індукцію, сили Ампера й Лоренца та рух заряджених частинок у полі.
Що таке магнітне поле
Магнітне поле — це форма матерії, що виникає навколо рухомих зарядів (струмів) і діє на інші рухомі заряди та провідники зі струмом. Його силова характеристика — вектор магнітної індукції B (одиниця — тесла).
Дія магнітного поля
- Сила Ампера діє на провідник зі струмом у магнітному полі.
- Сила Лоренца діє на окремий рухомий заряд; вона завжди перпендикулярна до швидкості, тому змінює лише напрям руху.
Формули
F = B·I·l·sinα— сила Ампера (α — кут між струмом і B)
F = q·v·B·sinα— сила Лоренца
r = m·v / (q·B)— радіус руху зарядженої частинки в полі
B = μ₀·I / (2R)— індукція в центрі колового струму
Магнітна стала μ₀ = 4π·10⁻⁷ Гн/м. Напрям сили визначають за правилом лівої руки (або векторним добутком).
Як розв’язувати задачі
- Визначте, на що діє поле: на провідник зі струмом (сила Ампера) чи на окремий заряд (сила Лоренца).
- Підставте у відповідну формулу з урахуванням кута α між напрямками.
- Для руху частинки по колу прирівняйте силу Лоренца до доцентрової й знайдіть радіус r = mv/(qB).
Готові розв’язані задачі
Часті питання
Яка формула сили Ампера?▾
F = B·I·l·sinα, де B — магнітна індукція, I — сила струму, l — довжина провідника, α — кут між напрямком струму і вектором індукції.
Чим сила Лоренца відрізняється від сили Ампера?▾
Сила Лоренца F = qvB·sinα діє на окремий рухомий заряд, а сила Ампера — на провідник зі струмом (сукупність зарядів). Сила Ампера — це сумарна дія сил Лоренца на всі носії струму.
Чому заряд у магнітному полі рухається по колу?▾
Сила Лоренца завжди перпендикулярна до швидкості, тому вона не змінює модуль швидкості, а лише скривлює траєкторію — заряд рухається по колу радіусом r = mv/(qB).