9.1 — Магнитное поле тока

Электрический ток создаёт магнитное поле. Его направление вокруг прямого проводника определяют правилом правой руки, а картину поля исследуют магнитной стрелкой или железными опилками.

ФГОС · 8 классФОП · базовый уровеньинтерактивная модель

магнитное полемагнитная линиясоленоидправило правой руки

Физическая картина

Что происходит и какие границы имеет модель.

Главная идея

Магнитные линии замкнуты и не имеют начала или конца.
Поле усиливается при увеличении тока и приближении к проводнику.
В соленоиде поля витков складываются, создавая почти однородное поле внутри.

Как рассуждатьСначала назовите систему и взаимодействия, затем выберите величины и только после этого записывайте закон. Формула работает в пределах допущений модели.

Законы и величины

Символы следует читать как связь величин, а не как рецепт подстановки.

B\sim\frac{I}{r}

качественная зависимость поля провода

B\sim\frac{NI}{l}

поле длинной катушки

Разбор ситуации

Если изменить направление тока в катушке, её северный и южный магнитные полюса поменяются местами.

Связи и применение

В реальном мире

Если изменить направление тока в катушке, её северный и южный магнитные полюса поменяются местами.

Проверка модели

Сравнивайте предсказание с наблюдением, оценивайте единицы, порядок величины и влияние неучтённых факторов. Расхождение не всегда означает ошибку закона: часто идеализация перестаёт быть достаточной.

Что нужно понимать

Результат 1Объяснять физический смысл темы «Магнитное поле тока» через модель, а не только через формулу.

Результат 2Различать и корректно использовать термины: магнитное поле, магнитная линия, соленоид.

Результат 3Указывать условия применимости закона, проверять единицы и предельные случаи.

Термины темы

Определение должно указывать физический смысл, а не заменяться бытовым синонимом.

магнитное поле: Составляющая электромагнитного поля, действующая на движущиеся заряды и магнитные моменты.
магнитная линия: Воображаемая линия, касательная к которой совпадает с направлением вектора магнитной индукции.
соленоид: Длинная цилиндрическая катушка, создающая при токе почти однородное магнитное поле внутри.
правило правой руки: Мнемоническое правило для определения направления магнитных линий тока или направления индукционного тока.

Происхождение и вывод формул

Фундаментальный закон нельзя «доказать» алгеброй: для каждой записи указано, является ли она определением, экспериментальным законом или следствием модели.

B\sim\frac{I}{r}

эмпирический закон

Качественная зависимость поля провода. Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.

B\sim I

Измерения возле прямого провода устанавливают усиление магнитного поля пропорционально току.

B\sim\frac{1}{r}

Те же измерения показывают обратную пропорциональность модулю поля расстоянию от длинного провода.

B\sim\frac{I}{r}

Знак пропорциональности подчёркивает, что коэффициент, зависящий от среды и геометрии, здесь не записан.

Условия: Очень длинный прямой тонкий провод, точка наблюдения далеко от его концов, однородная линейная среда; зависимость качественная. Контроль: Проверяют характер пропорциональности; размерность полного равенства восстановит опущенный коэффициент.

B\sim\frac{NI}{l}

следствие модели

Поле длинной катушки. Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.

n=\frac{N}{l}

Плотность намотки длинной катушки равна числу витков на единицу длины.

B\sim nI

Поля близких витков внутри длинного соленоида складываются, поэтому поле пропорционально плотности витков и току.

B\sim\frac{NI}{l}

Замена n отношением N/l даёт качественную зависимость поля катушки.

Условия: Длинный плотно намотанный соленоид вдали от краёв, одинаковый ток во всех витках, линейный сердечник; коэффициент среды не указан. Контроль: Проверяют характер пропорциональности; размерность полного равенства восстановит опущенный коэффициент.

Границы модели и типичные ошибки

Ошибка: забыть условие моделиНельзя переносить формулу на любую ситуацию только из-за совпадения букв. Ключевое условие этой темы: Магнитные линии замкнуты и не имеют начала или конца.

Как проверить рассуждениеПоле усиливается при увеличении тока и приближении к проводнику. Затем проверьте единицы, направление векторов и поведение результата при нулевом или очень большом параметре.

Вывод по теме

Магнитное поле тока

Магнитные линии замкнуты и не имеют начала или конца.
Поле усиливается при увеличении тока и приближении к проводнику.
Любой численный результат сопровождается единицей, знаком и объяснением его физического смысла.

Содержание сверено с ФРП по физике ООО/СОО 2025 года и тематикой действующих линий ФПУ: И. М. Пёрышкин и соавторы (7–9), Г. Я. Мякишев и соавторы (10–11); углубления — с линиями «Инженеры будущего» и В. А. Касьянова. Формулировки оригинальные, тексты учебников не воспроизводятся.