Как заботать магнетизм?

Продолжаем цикл постов, посвящённых подготовке к олимпиадам. Сегодня мы разберёмся с магнетизмом. Для удобства разобьём тему на части:

1. Расчёт индукции магнитного поля

База общей физике: закон Био-Савара-Лапласа и теорема о циркуляции. Задач здесь особо нет, это скорее необходимое упражнение. Советую раз. Навсегда разобраться с векторным произведением и забыть про правило левой руки, а пользоваться только правой. Здесь необходимо научиться считать индукции поля от проводника, кольца, соленоида и симметричных вращающихся тел (сфера и цилиндр). Материал можно взять в любом приличном учебнике или задачнике по общефизу (самое простое взять Сивухина, Алешкевича или просто загуглите)

2. Сила Ампера

Отрабатываем задачи на динамику проводников в магнитном поле. Необходимо разобраться с расчётом силы Ампера, действующей на криволинейный проводник. Это лучше всего удаётся сделать с помощью векторного произведения (легко гуглится «взрослая» формула для силы Ампера). А также надо порешать задачки на ориентирующее действие силы Ампера на рамку с током. Подойдёт любой классический задачник: 3800 задач Турчиной, Белолипецкий, Савченко. Свежие задачи можно найти в подборке mathus или в подборке физтех регионам

3. Сила Лоренца

Берём задачник Савченко и отрабатываем движение частиц в магнитном поле, у него много красивых задач. Новые задачи можно опять же на mathus. Но самое главное в этой теме нарушать задач на движение в электромагнитном поле: рассмотреть случай параллельных полей, скрещённых полей, скрещённых неоднородных (см. регион прошлого года). Основная сложность в том, что во многих задачах движение частиц под действием силы Лоренца происходит не на плоскости, а в пространстве, поэтому лучше всего смотреть на движение с разных сторон и не скупиться на рисунки

4. Электромагнитная индукция

В эту тему выделим все, что касается электромагнитной индукции в постоянных магнитных полях. Существует два подхода к решению задач: закон Фарадея и эффект Холла. Начнём с последнего. Эффект Холла - это возникновение поперечной разности потенциалов при движение проводника в магнитном поле. Этот подход более детальный, рассматривает баланс силы Лоренца и Кулона. Главным плюсом является простота в определении направления тока, более глубокое понимание процессов, а также универсальность для разных систем. Закон Фарадея тоже хорошо работает и позволяет решать все те же задачи, но надо прописывать правило Ленца для направления тока и не запутаться со знаками. Что использовать в конкретной задаче - дело каждого, но закон Фарадея незаменим при деформации контура, при его повороте и движении рамки, поскольку быстро даёт нужный результат, а при движении перемычек я бы рекомендовал эффект Холла. Все необходимые задачи собраны в подборке Александрова (см. комментарии)

5. Вихревое электрическое поле

Рассмотрим последний случай - индукция в переменных магнитных полях. Здесь необходимо расширить закон Фарадея, фактически записав теорему о циркуляции для вихревого электрического поля (к слову, это все одно из уравнений Максвелла в разных ситуациях). По задачам все довольно просто: научиться считать напряжённость вихревого электрического поля, разобраться с динамикой частиц и контуров и научиться решать задачи, в которых электрическая цепь находится в вихревом электрическом поле. Задачи смотрим в подборке Александрова, а теорию можно взять в статье


#How_to_заботать