1) Что такое магнитное поле прямого, кругового тока и катушки с током?

Магнитное поле – это область пространства, в которой действуют магнитные силы на движущиеся заряды и магнитные материалы. Рассмотрим три основных случая:

• Прямой ток: Когда электрический ток проходит через прямой проводник, вокруг него возникает магнитное поле. Направление магнитного поля можно определить по правилу правой руки: если обхватить проводник правой рукой так, чтобы большой палец указывал в сторону тока, то закрученные пальцы укажут направление линий магнитного поля.
• Круговой ток: Если ток проходит через проводник, который имеет форму круга (например, в виде кольца), то магнитное поле внутри этого кольца будет однородным и направлено по оси, перпендикулярной плоскости кольца. Направление поля также определяется правилом правой руки.
• Катушка с током: Катушка – это несколько витков провода, через которые проходит ток. Магнитное поле катушки схоже с полем магнитного диполя. Внутри катушки поле однородно, а снаружи оно более сложное. Направление поля определяется также правилом правой руки.

2) Какова работа, выполненная при перемещении проводника с током в магнитном поле?

Работа, выполненная при перемещении проводника с током в магнитном поле, зависит от силы, действующей на проводник, и расстояния, на которое он перемещается. Сила, действующая на проводник, определяется по формуле: F = I * L * B * sin(α), где I – ток, L – длина проводника, B – индукция магнитного поля, α – угол между направлением тока и магнитным полем. Работа вычисляется по формуле:

• W = F * d * cos(β),

где d – расстояние перемещения, β – угол между направлением силы и перемещения. В случае, если сила и перемещение направлены в одну сторону, β = 0 и cos(β) = 1, тогда работа будет максимальной.

3) Что такое сила Лоренца?

Сила Лоренца – это сила, действующая на движущийся заряд в магнитном поле. Она определяется по формуле:

• F = q * (E + v × B),

где F – сила Лоренца, q – заряд, E – электрическое поле (если оно присутствует), v – скорость заряда, B – вектор магнитной индукции. В случае, если электрического поля нет, формула упрощается до F = q * (v × B). Это векторная величина, направленная перпендикулярно как к скорости, так и к магнитному полю.

4) Какая сила будет действовать на протон, если он входит в однородное магнитное поле с индукцией 4 × 10^3 м/с, при угле α = 90° между направлением скорости и силовыми линиями магнитного поля?

Сила, действующая на протон, рассчитывается по формуле силы Лоренца:

• F = q * v * B * sin(α).

Здесь:

• q = 1.6 × 10^(-19) Кл (заряд протона),
• v = 4 × 10^3 м/с (скорость протона),
• B – индукция магнитного поля (не указана в вопросе, предположим, что она равна 1 Тл для примера).

Так как угол α = 90°, то sin(90°) = 1. Подставляя значения, получаем:

• F = 1.6 × 10^(-19) * (4 × 10^3) * 1 = 6.4 × 10^(-16) Н.

Таким образом, сила, действующая на протон, составляет 6.4 × 10^(-16) Н (при B = 1 Тл).

5) Если период вращения электрона, входящего перпендикулярно в однородное магнитное поле, равен 20 × 10^(-12) с, как можно найти индукцию магнитного поля, учитывая, что q_e = 1,6 × 10^(-19) Кл и m_e = 9,1 × 10^(-31) кг?

Для нахождения индукции магнитного поля можно использовать связь между периодом вращения и магнитной индукцией. Период вращения T электрона в магнитном поле определяется формулой:

• T = (2 * π * m_e) / (q_e * B).

Перепишем эту формулу для нахождения индукции B:

• B = (2 * π * m_e) / (q_e * T).

Теперь подставим известные значения:

• m_e = 9.1 × 10^(-31) кг,
• q_e = 1.6 × 10^(-19) Кл,
• T = 20 × 10^(-12) с.

Подставив значения, получим:

• B = (2 * π * 9.1 × 10^(-31)) / (1.6 × 10^(-19) * 20 × 10^(-12)).

После вычислений получим значение индукции магнитного поля B.