Номер 1, страница 361 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

1. Опишите классические опыты, иллюстрирующие магнитное взаимодействие.

Магнитное взаимодействие — это фундаментальное взаимодействие, которое проявляется между движущимися электрическими зарядами. Классическая физика описывает это взаимодействие с помощью нескольких основополагающих опытов.

Взаимодействие постоянных магнитов

Это самый первый и наглядный опыт, известный с древности. Если взять два постоянных магнита (например, стержневых или подковообразных), то можно наблюдать их взаимодействие на расстоянии. У каждого магнита есть два полюса — северный (N) и южный (S). Опыт показывает, что:

• Одноименные полюса (N и N, S и S) отталкиваются друг от друга.
• Разноименные полюса (N и S) притягиваются друг к другу.

Силу и направление этого взаимодействия можно визуализировать с помощью железных опилок, рассыпанных на листе бумаги над магнитом. Опилки выстраиваются в линии, называемые силовыми линиями магнитного поля, которые выходят из северного полюса и входят в южный. Другой пример — взаимодействие стрелки компаса (которая сама является маленьким магнитом) с магнитным полем Земли, заставляющее ее указывать на север.

Ответ: Опыты с постоянными магнитами демонстрируют существование вокруг них особого вида материи — магнитного поля, посредством которого и осуществляется взаимодействие. Они устанавливают основной закон магнетизма: одноименные полюса отталкиваются, а разноименные — притягиваются.

Опыт Эрстеда (1820 г.)

Датский физик Ганс Христиан Эрстед провел опыт, который впервые установил связь между электричеством и магнетизмом. Установка состоит из прямого проводника, источника тока и магнитной стрелки (компаса), расположенной под проводником параллельно ему. В исходном состоянии, когда ток в проводнике отсутствует, стрелка указывает на север. Когда по проводнику пропускают постоянный электрический ток, магнитная стрелка отклоняется и устанавливается перпендикулярно проводнику. Если изменить направление тока на противоположное, стрелка развернется на 180 градусов, снова расположившись перпендикулярно проводу. При выключении тока стрелка возвращается в исходное положение.

Ответ: Опыт Эрстеда доказывает, что вокруг проводника с электрическим током (то есть вокруг движущихся электрических зарядов) возникает магнитное поле. Это открытие стало отправной точкой для создания теории электромагнетизма.

Опыт Ампера (1820 г.)

Вслед за Эрстедом французский ученый Андре-Мари Ампер исследовал силовое взаимодействие между проводниками с током. В его опыте два гибких параллельных проводника подключались к источнику тока. Было обнаружено, что:

• Если токи в проводниках текут в одном направлении, проводники притягиваются друг к другу.
• Если токи текут в противоположных направлениях, проводники отталкиваются.

Ампер не только наблюдал это явление, но и количественно его исследовал, выведя закон, описывающий силу взаимодействия. Эта сила, называемая силой Ампера, зависит от величины токов, длины проводников и расстояния между ними. На основе этого взаимодействия в системе СИ определена единица силы тока — ампер.

Ответ: Опыт Ампера показывает, что магнитное взаимодействие существует не только между магнитами или между током и магнитом, но и непосредственно между электрическими токами. Он подтверждает, что магнитное поле одного тока действует с силой на другой ток.

Опыт Фарадея по электромагнитной индукции (1831 г.)

Английский физик Майкл Фарадей открыл явление, обратное опыту Эрстеда. Он задался вопросом: если электрический ток создает магнитное поле, то не может ли магнитное поле, в свою очередь, создать электрический ток? В одном из его классических опытов катушка из проволоки была подключена к гальванометру (чувствительному прибору для регистрации тока). Когда внутрь катушки вносили постоянный магнит, стрелка гальванометра отклонялась, показывая наличие тока. Когда движение магнита прекращалось, ток исчезал. При извлечении магнита из катушки ток возникал снова, но уже противоположного направления. То же самое наблюдалось, если магнит был неподвижен, а двигалась катушка. Фарадей сделал вывод, что электрический ток в контуре возникает при любом изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур.

Ответ: Опыт Фарадея открыл явление электромагнитной индукции, которое заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через него. Это открытие лежит в основе работы всех электрогенераторов, трансформаторов и многих других электротехнических устройств.