ЕГЭ 2022. Физика. Отличный результат. Магнитное поле 15.15

[Александр Сакович]

15.15. Как направлена относительно рисунка (вверх, вниз, влево, вправо, от наблюдателя, к наблюдателю) сила Ампера, действующая на проводник № 2 со стороны двух других (см. рисунок), если все проводники тонкие, длинные, прямые, лежат в одной плоскости, параллельны друг другу и расстояния между соседними проводниками одинаковы? Сила тока I во всех проводниках одинакова. Ответ запишите словом (словами).

Ответ: ____.

Источник. ЕГЭ. Физика. Отличный результат / под ред. М. Ю. Демидовой. — Москва: Издательство «Национальное образование», 2022. — 736 с. — (ЕГЭ. ФИПИ — школе).

[Александр Сакович]

Решение. 1 способ. Проведем линии индукции магнитных полей проводников с током I₁ и I₃ через проводник 2. Это будут окружности, лежащие в плоскостях, перпендикулярных плоскости рисунка с проводниками, с центрами в проводниках 1 и 3 и проходящие через проводник 2. По правилу правой руки (правого буравчика) определим направления линий индукций магнитных полей: большой палец правой руки, отставленный на 90°, направляем по току I, тогда четыре согнутых пальца, обхватывающие проводник, укажут направления линий индукции магнитного поля (см. рисунок 1). Если смотреть слева, то линии индукции магнитного поля проводника 1 направлены против часовой стрелки, а проводника 2 — по часовой стрелке.

Вектор индукции B₁ магнитного поля, создаваемого проводником с током I₁ в проводнике 2, будет направлен по касательной к линии индукции к наблюдателю (см. рисунок 2).

Вектор индукции B₃ магнитного поля, создаваемого проводником с током I₃ в проводнике 2, будет направлен по касательной к линии индукции к наблюдателю.
В проводнике 2 ток направлен влево.
Для определения направления силы Ампера F_A1, действующей на проводник 2 со стороны проводника 1 применяем правило левой руки: располагаем ладонь левой руки от наблюдателя — навстречу вектору индукции B₁ магнитного поля, четыре вытянутых пальца направляем влево — вдоль направления тока в проводнике 2. Тогда отогнутый на 90° большой палец будет направлен вниз — это и есть направление силы Ампера (см. рисунок 3).

Аналогично определим направление и силы Ампера F_A3, действующей на проводник 2 со стороны проводника 3 — она направлена вниз.

[Александр Сакович]

2 способ. Воспользуемся свойством, что если токи направлены в одну сторону, то проводники с током притягиваются; если в противоположные — отталкиваются.
Токи в проводниках 1 и 2 направлены в противоположные стороны, поэтому проводник 2 отталкивается от проводника 1 и сила Ампера F_A1 будем направлена вниз.
Токи в проводниках 3 и 2 направлены в одну сторону, поэтому проводник 2 притягивается к проводнику 3 и сила Ампера F_A3 будем направлена вниз.

Равнодействующая сила F_A, действующей на проводник 2, равна (см. рисунок 4):

\[\vec{F}_A=\vec{F}_{A1}+\vec{F}_{A3}.\]
Вектор силы Ампера F_A направлен вниз.
Ответ: вниз.