25

Решение: Сила Ампера на контур

ЕГЭ · Физика · Задание 25 · Магнитное поле и индукция
ВысокаяФИПИED4EEDРазвёрнутое решение≈ 12 минутРазбор в 6 шагов
Условие

Из медной проволоки с удельным сопротивлением $\rho = 1{,}7 \cdot 10^{-8}\ \mathrm{Ом \cdot м}$ и площадью поперечного сечения $S = 0{,}2\ \mathrm{мм^2}$ изготовлен прямоугольный контур $KLMN$ с диагональю $KM$. Стороны прямоугольника $KL = l_1 = 20\ \mathrm{см}$ и $LM = l_2 = 15\ \mathrm{см}$. Контур подключили за диагональ к источнику постоянного напряжения с ЭДС $\mathcal{E} = 1{,}4\ \mathrm{В}$ и поместили в однородное магнитное поле с индукцией $B = 0{,}1\ \mathrm{Тл}$, параллельной сторонам $KN$ и $LM$. С какой результирующей силой магнитное поле действует на контур? Сделайте рисунок с указанием сил, действующих на контур. Внутренним сопротивлением источника пренебречь.

Открыть задачу и решить самому
Дальше ответЕсли ещё решаете — начните с подсказок: они ведут к ответу, но не выдают его.
К подсказкам

Решение по шагам

6 шагов
1

Ток от точки $K$ к точке $M$ проходит по двум одинаковым параллельным ветвям: $KLM$ и $KNM$. Сопротивление каждой ветви определяется длиной провода $l_1 + l_2$.

$$R_1 = R_2 = \rho \frac{l_1+l_2}{S}$$
2

Эквивалентное сопротивление двух одинаковых ветвей, соединённых параллельно, равно половине сопротивления одной ветви.

$$R = \frac{R_1}{2} = \rho \frac{l_1+l_2}{2S}$$
3

Переведём длины и площадь сечения в единицы СИ и найдём общий ток в цепи.

$$l_1=0{,}20\ \mathrm{м},\quad l_2=0{,}15\ \mathrm{м},\quad S=0{,}2\ \mathrm{мм^2}=2\cdot10^{-7}\ \mathrm{м^2}$$
4

Сила тока в каждой из двух одинаковых ветвей в два раза меньше общего тока.

$$I_{\text{ветви}}=\frac{\mathcal{E}}{2R}=\frac{\mathcal{E}S}{\rho(l_1+l_2)}$$
5

На сторонах $KN$ и $LM$ сила Ампера равна нулю, поскольку эти стороны параллельны вектору магнитной индукции. На сторонах $KL$ и $NM$ ток перпендикулярен магнитному полю, поэтому силы имеют величину $I_{\text{ветви}}Bl_1$ и направлены в одну сторону.

$$F=2I_{\text{ветви}}Bl_1=\frac{2\mathcal{E}SBl_1}{\rho(l_1+l_2)}$$

Подставим числовые значения.

$$F=\frac{2\cdot1{,}4\cdot2\cdot10^{-7}\cdot0{,}1\cdot0{,}20}{1{,}7\cdot10^{-8}\cdot(0{,}20+0{,}15)}\approx1{,}88\ \mathrm{Н}$$
Ответ

Результирующая сила магнитного поля равна $F \approx 1{,}9\ \mathrm{Н}$; она направлена перпендикулярно плоскости контура по правилу левой руки.

Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.

Где здесь ошибаются

Считать ветви контура последовательными, а не параллельными.

Учитывать силу Ампера на сторонах $KN$ и $LM$, хотя ток в них параллелен магнитному полю.

Сложить силы на сторонах $KL$ и $NM$ как противоположно направленные.

Не перевести $0{,}2\ \mathrm{мм^2}$ в квадратные метры.

Закрепить приёмВ теме «Магнитное поле и индукция» ещё 202 задачи — с ответом и таким же разбором.
Тренироваться

Как решать задание 25 ЕГЭ, физика

Разбор этой задачи разложен на 6 шагов: видно, откуда берётся каждое число и где теряется балл. Ответ приведён рядом с выкладками, а не вместо них.

Задача из темы «Магнитное поле и индукция»: в ней 203 задачи, и у каждой есть такой же разбор. Регистрация не нужна.