Магнитное поле: ОГЭ

Что такое магнитное поле и как оно возникает

Школьники часто теряют до 4–5 первичных баллов в блоке «Электродинамика» на ОГЭ только потому, что путают руки и забывают формулы сил. Магнитные явления кажутся абстрактными, но на реальном экзамене проверяется ограниченный набор понятных закономерностей. В этом руководстве мы разберём всю теорию и алгоритмы решений, чтобы ты безошибочно справлялся с качественными и расчётными задачами на ОГЭ по физике.

Магнитное поле — это особый вид материи, который возникает вокруг движущихся электрических зарядов (то есть вокруг проводников с электрическим током) и постоянных магнитов. Главное фундаментальное свойство этого поля: оно действует исключительно на другие движущиеся электрические заряды или проводники с током, а также на тела, обладающие собственным магнитным моментом.

В отличие от электростатического поля, которое порождается неподвижными зарядами, источник магнитного поля — всегда движение. Если заряд покоится относительно наблюдателя, вокруг него фиксируется только электрическое поле. Как только заряд начинает двигаться со скоростью v, в окружающем пространстве появляется магнитное поле. В школьном курсе физики важно помнить: магнитное поле материально, непрерывно в пространстве и обнаруживается по его силовому действию.

Вектор магнитной индукции и силовые линии

Главной силовой характеристикой магнитного поля выступает вектор магнитной индукции B. Его модуль показывает, с какой максимальной силой поле способно действовать на единичный отрезок проводника с единичной силой тока. Единицей измерения индукции в системе СИ является тесла (Тл): 1 Тл = 1 Н / (А · м).

Для наглядного изображения поля используют линии магнитной индукции. Это непрерывные направленные линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с вектором B. Вне постоянного магнита они выходят из северного полюса (N) и входят в южный полюс (S), а внутри магнита замыкаются, идя от южного полюса к северному.

Главное отличие магнитных линий от электростатических — их замкнутость. В природе не существует изолированных магнитных зарядов («магнитных монополей»). Поля с замкнутыми силовыми линиями физики называют вихревыми.

Характеристика	Электрическое поле	Магнитное поле
Источник поля	Любые электрические заряды (в т.ч. покоящиеся)	Только движущиеся заряды и постоянные магниты
Силовая характеристика	Напряжённость E (В/м или Н/Кл)	Магнитная индукция B (Тл)
Форма силовых линий	Разомкнуты (начинаются на «+», заканчиваются на «−»)	Всегда замкнуты (вихревое поле)
Действие на покоящийся заряд	Действует (электростатическая сила)	Не действует (сила равна нулю)

Правило правой руки и правило буравчика

Чтобы определить направление вектора магнитной индукции вокруг прямого проводника с током или внутри катушки (соленоида), на ОГЭ применяют правило правой руки или правило буравчика. Для прямого провода обхвати проводник ладонью правой руки так, чтобы отогнутый на 90° большой палец указывал направление тока. Тогда четыре согнутых пальца покажут направление линий магнитной индукции, образующих концентрические окружности вокруг провода.

Для кругового тока или соленоида правило работает «зеркально»: обхвати катушку четырьмя пальцами правой руки по направлению тока в витках. Отогнутый на 90° большой палец укажет направление линий поля внутри катушки, то есть укажет на её северный магнитный полюс (N). Чтобы закрепить этот навык на интерактивных тренажёрах, открой бесплатную практику в личном кабинете.

Силы Ампера и Лоренца: правило левой руки

Когда проводник с током помещают во внешнее магнитное поле, на него действует сила Ампера. Её модуль рассчитывается по базовой формуле школьного курса:

\( F_\text{А} = I \cdot B \cdot L \cdot \sin \alpha \)
где I — сила тока в проводнике (А),
B — модуль индукции магнитного поля (Тл),
L — длина активной части проводника (м),
α — угол между вектором индукции B и направлением тока в проводнике.

Если проводник расположен вдоль линий поля (угол α = 0° или 180°), сила Ампера равна нулю. Максимального значения сила достигает при перпендикулярном расположении проводника (α = 90°, sin 90° = 1).

На отдельную заряженную частицу, летящую в магнитном поле со скоростью v, действует сила Лоренца: F_Л = |q| · v · B · sin α. Направление обеих сил находят по правилу левой руки: расположи левую руку так, чтобы линии индукции B входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по току (или по скорости положительного заряда). Тогда отогнутый на 90° большой палец укажет направление искомой силы.

Практика ОГЭ: разбор типовой расчётной задачи

Давай разберём классическую задачу второй части ОГЭ на равновесие проводника с током в однородном магнитном поле. Подобные задания требуют аккуратного оформления «Дано», записи законов динамики и работы с единицами измерения. Быстро проверить свой уровень перед экзаменом можно через тестирование в личном кабинете.

Условие: Прямолинейный медный проводник длиной L = 0,4 м и массой m = 20 г подвешен горизонтально на двух невесомых нитях в однородном горизонтальном магнитном поле с индукцией B = 0,25 Тл, вектор которой перпендикулярен проводнику. Какой силы ток I нужно пропустить по проводнику, чтобы сила натяжения нитей стала равной нулю? Принять ускорение свободного падения g = 10 м/с².

Дано:
L = 0,4 м
\( m = 20 \text{г} = 0,02 \text{кг} \)
B = 0,25 Тл
\( \alpha = 90^\circ (\sin 90^\circ = 1) \)
\( g = 10 \text{\text{м/с}}^2 \)
\( T = 0 \text{Н} \)
Найти: I — ?

Решение:
1. На проводник действуют три силы: сила тяжести F_т = m · g (вниз), две силы натяжения нитей T (вверх) и сила Ампера F_А.
2. Чтобы натяжение нитей обратилось в ноль (T = 0), сила Ампера должна быть направлена вертикально вверх и полностью компенсировать силу тяжести:
F_А = F_т
3. Запишем формулу для силы Ампера:
\( F_\text{А} = I \cdot B \cdot L \cdot \sin 90^\circ = I \cdot B \cdot L \)
4. Приравниваем выражения:
\( I \cdot B \cdot L = m \cdot g \)
5. Выражаем силу тока I:
\( I = \dfrac{m \cdot g}{B \cdot L} \)
6. Подставляем числовые данные:
I = (0,02 кг · 10 м/с²) / (0,25 Тл · 0,4 м) = 0,2 / 0,1 = 2 А.

Ответ: I = 2 А.

Что запомнить перед экзаменом

Магнитные явления в структуре ОГЭ — один из самых алгоритмизируемых блоков. Если выучить базовую схему, запутаться практически невозможно. Зафиксируй ключевые тезисы перед экзаменационным тестом:

• Источник магнитного поля — движущийся заряд (ток). Магнитные линии замкнуты, поле является вихревым.
• Правая рука: определяем направление поля по току (для прямого провода и соленоида).
• Левая рука: определяем механическую силу (силу Ампера для проводника и силу Лоренца для заряда).
• Отрицательный заряд (электрон): разворачиваем левую руку против скорости движения.
• Проводник параллелен полю (α = 0°): сила Ампера и сила Лоренца равны нулю.

Чтобы закрепить эту тему на реальных прототипах заданий ФИПИ, зарегистрируйся на платформе и реши 5 тренировочных задач бесплатно — это займёт всего 10 минут и убережёт от обидных ошибок на экзамене.