Повні розв’язки, як у зошиті. Хочеш розібратися самостійно — під кожним завданням є «Пояснення з репетитором».
Сторінка 103
§ 15. Дія магнітного поля на рамку зі струмом
Завдання 1
Поведінка саморобного двигуна
Скласти пристрій з батарейки (1,5 В), магнітів, рамки з 10 витків дроту та скріпок. Пропустити струм через рамку між полюсами магнітів і спостерігати її рух.
Розв’язання
Припустимо, що при подачі струму на одну сторону рамки діє сила вгору, а на іншу — вниз.
Ці сили створюють обертальний момент, і рамка починає гойдатися навколо горизонтальної осі.
Після проходження положення рівноваги напрямки сил змінюються, тому рамка повертається назад і зупиняється через тертя.
Відповідь:
Рамка буде гойдатися навколо осі, а не обертатиметься постійно в одному напрямку.
Сторінка 104
Завдання 2
Обертання рамки в магнітному полі
Пояснити, чому рамка зі струмом зупиняється після проходження положення рівноваги та як це виправляють за допомогою колектора.
Розв’язання
На початку руху сили Ампера діють так, що повертають рамку за ходом годинникової стрілки до положення рівноваги (рис. 15.1, а).
Після проходження положення рівноваги сили Ампера починають повертати рамку проти ходу годинникової стрілки, і через тертя вона зупиняється.
Колектор автоматично змінює напрямок струму в рамці саме в момент проходження положення рівноваги, тому сили Ампера продовжують обертати рамку в одному напрямку без зупинки.
Відповідь:
Рамка зупиняється через те, що після положення рівноваги сили Ампера гальмують її рух; колектор вирішує це, змінюючи напрямок струму в потрібний момент і забезпечуючи безперервне обертання.
Сторінка 105
Завдання 15.2
Доведення напрямку обертання рамки
Доведіть, що в положеннях a і v рамки (див. рис. 15.2) сили Ампера обертатимуть рамку за ходом годинникової стрілки.
Розв’язання
Розглянемо положення a. Струм тече від позитивного полюсу батареї (+) через щітки до рамки. Припустимо, що лівий провідник рамки знаходиться ближче до нас і струм тече вгору, а правий — віддаляється від нас і струм тече вниз (або навпаки, залежно від конкретної схеми підключення на малюнку, але суть полягає в протилежності напрямків).
Застосуємо правило лівої руки: долоня повернута в бік північного полюса магніту (N), великий палець показує напрямок струму. У лівому провіднику сила Ампера спрямована вгору, у правому — вниз.
Ці сили створюють момент обертання навколо осі рамки, який повертає її за ходом годинникової стрілки.
Розглянемо положення v. Рамка прокрутилася на півкола. Щітки колектора перестрибнули на інші півкільця, і напрямок струму в рамці змінився на протилежний (тепер у лівому провіднику струм тече вниз, а в правому — вгору).
Знову застосовуємо правило лівої руки: оскільки напрямки струму змінилися, а напрямок магнітного поля залишився незмінним, то й сили Ампера також змінять свій напрямок (тепер у лівому провіднику сила спрямована вниз, у правому — вгору).
Однак, оскільки рамка знаходиться з іншого боку від осі обертання, зміна напрямку сил призводить до того, що момент сили все одно повертає рамку за ходом годинникової стрілки.
Відповідь:
У положеннях a і v рамки сили Ампера діють так, що створюють момент обертання навколо осі, спрямований за ходом годинникової стрілки, тому рамка продовжує обертатися в цьому напрямку.
