Эксперимент, страница 198 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Эксперимент

Изготовьте электромагнит (рис. 237).

Исследуйте его действие с помощью железных опилок и магнитной стрелки.

1. Определите полюса магнита по правилу правой руки и с помощью магнитной стрелки. Поменяйте направление тока в обмотке. Как это повлияет на полярность концов катушки?

2. Выясните, как повлияет на действие электромагнита изменение силы тока в обмотке, количества витков, материала сердечника и расстояния от электромагнита до железных опилок.

Рис. 237. Гвоздь, внесенный в магнитное поле соленоида, становится постоянным магнитом

1. Определите полюса магнита по правилу правой руки и с помощью магнитной стрелки. Поменяйте направление тока в обмотке. Как это повлияет на полярность концов катушки?
Для определения полюсов электромагнита используется правило правой руки для соленоида. Нужно обхватить катушку ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль электрического тока в витках. Тогда отставленный большой палец укажет направление на северный полюс (N). На рисунке 237 ток течет от клеммы «+» к клемме «-». На передней части гвоздя витки идут снизу вверх. Расположив правую руку согласно правилу, мы увидим, что большой палец указывает налево. Следовательно, левый конец гвоздя является северным полюсом (N), а правый – южным (S), что и показано на рисунке.
Проверить полярность можно с помощью магнитной стрелки (компаса). При поднесении к левому (северному) полюсу электромагнита, к нему притянется южный полюс стрелки (S). Соответственно, к правому (южному) полюсу электромагнита притянется северный полюс (N) магнитной стрелки, так как разноименные полюса притягиваются.
Если поменять направление тока в обмотке (например, поменяв местами провода на клеммах батареи), то согласно правилу правой руки, направление магнитного поля также изменится на противоположное. В результате магнитные полюса электромагнита поменяются местами: тот конец, что был северным, станет южным, и наоборот.

Ответ: Полюса электромагнита определяются по правилу правой руки. При смене направления тока в обмотке полярность концов катушки меняется на противоположную.

2. Выясните, как повлияет на действие электромагнита изменение силы тока в обмотке, количества витков, материала сердечника и расстояния от электромагнита до железных опилок.
Действие электромагнита характеризуется силой его магнитного поля, которая зависит от ряда параметров. Магнитная индукция $B$ внутри длинного соленоида с сердечником определяется формулой: $B = \mu \mu_0 n I$, где $\mu$ – относительная магнитная проницаемость сердечника, $\mu_0$ – магнитная постоянная, $n$ – число витков на единицу длины катушки ($n = N/L$), $I$ – сила тока. Чем больше значение $B$, тем сильнее действие электромагнита (например, тем большее количество железных опилок он может удержать).
Изменение силы тока в обмотке: Сила магнитного поля прямо пропорциональна силе тока ($B \propto I$). Следовательно, увеличение силы тока усилит действие электромагнита, а уменьшение – ослабит.
Изменение количества витков: Сила магнитного поля прямо пропорциональна числу витков на единицу длины ($B \propto n$). Увеличение общего числа витков на той же длине сердечника приведет к усилению магнитного поля и действия электромагнита.
Изменение материала сердечника: Наличие железного сердечника (ферромагнетика) имеет высокую магнитную проницаемость ($\mu \gg 1$), что многократно усиливает магнитное поле по сравнению с катушкой без сердечника (с воздухом, где $\mu \approx 1$). Замена железного гвоздя на стержень из не-магнитного материала (например, пластика или дерева) приведет к резкому ослаблению электромагнита.
Изменение расстояния от электромагнита до железных опилок: Магнитное поле и сила притяжения, создаваемая им, быстро убывают с увеличением расстояния от полюсов электромагнита. Чем дальше находятся железные опилки, тем слабее на них действует магнит, и на определенном расстоянии сила притяжения станет пренебрежимо малой.

Ответ: Действие электромагнита усиливается при увеличении силы тока в обмотке и количества витков, а также при использовании сердечника из ферромагнитного материала. С увеличением расстояния от электромагнита его действие ослабевает.