Номер 1, страница 7 - гдз по физике 11 класс тетрадь для лабораторных работ Парфентьева

Лабораторная работа № 1. Взаимодействие постоянного тока с магнитным полем - номер 1, страница 7.

Условие.

Лабораторная работа № 1

Взаимодействие постоянного тока с магнитным полем

Цель работы: исследовать взаимодействие тока с постоянным магнитом.

1. Теоретическая часть

Постоянные магниты взаимодействуют таким образом, что одноимённые магнитные полюсы отталкиваются друг от друга, разноимённые — притягиваются.

Проволочный виток, по которому идёт ток, создаёт вокруг себя магнитное поле, которое взаимодействует с постоянным магнитом.

Взаимодействие зависит от расположения витка и магнита, а также от направления и значения силы тока в витке.

Если вместо одного витка взять проволочную катушку, то магнитное поле станет больше, взаимодействие катушки с постоянным магнитом усилится и, следовательно, его обнаружить будет проще.

Решение.

В представленном тексте описывается цель и теоретическая основа лабораторной работы по исследованию взаимодействия постоянного тока с постоянным магнитом. Поскольку конкретной задачи или вопроса для решения не приведено, будет дано развернутое объяснение физических принципов, лежащих в основе этого явления.

Суть взаимодействия

Взаимодействие постоянного тока с магнитным полем основывается на двух фундаментальных открытиях в области электромагнетизма:

1. Любой проводник, по которому протекает электрический ток, создает вокруг себя магнитное поле (опыт Эрстеда).
2. На проводник с током, помещенный во внешнее магнитное поле, действует сила (сила Ампера).

Таким образом, взаимодействие происходит в два этапа: сначала ток в проводнике (витке или катушке) создает собственное магнитное поле, а затем это поле взаимодействует с полем постоянного магнита, что проявляется в виде силы притяжения или отталкивания.

Магнитное поле тока

Проволочный виток или катушка, по которым течет постоянный ток, ведут себя как электромагниты. У такого электромагнита есть северный (N) и южный (S) полюса. Направление линий магнитного поля и, следовательно, расположение полюсов можно определить с помощью правила правой руки (правила буравчика):

Если обхватить катушку ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены по направлению тока в витках, то отставленный большой палец укажет направление линий магнитного поля внутри катушки, то есть укажет на северный полюс (N).

Магнитное поле одного витка достаточно слабое. Если же использовать катушку, состоящую из большого числа $N$ витков (соленоид), то магнитные поля от каждого витка складываются. В результате магнитное поле внутри катушки становится значительно сильнее. Индукция магнитного поля $B$ внутри длинного соленоида прямо пропорциональна силе тока $I$ и числу витков на единицу длины $n$:

$B = \mu \mu_0 n I$

где $\mu_0$ — магнитная постоянная, $\mu$ — магнитная проницаемость среды. Это объясняет, почему взаимодействие катушки с магнитом, как указано в тексте, "усилится и, следовательно, его обнаружить будет проще".

Сила взаимодействия (Сила Ампера)

Когда проводник с током оказывается в магнитном поле (например, в поле постоянного магнита), на него начинает действовать сила Ампера. Величина этой силы $F_A$ определяется по формуле:

$F_A = I B L \sin\alpha$

Здесь:

• $I$ — сила тока в проводнике;
• $B$ — индукция внешнего магнитного поля;
• $L$ — длина активной части проводника, находящейся в магнитном поле;
• $\alpha$ — угол между направлением тока в проводнике и вектором магнитной индукции $B$.

Направление силы Ампера определяется с помощью правила левой руки:

Если расположить левую руку так, чтобы линии магнитной индукции (выходящие из северного полюса магнита) входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывали направление тока в проводнике, то отогнутый на 90° большой палец укажет направление действующей на проводник силы.

Именно эта сила и вызывает притяжение или отталкивание катушки с током и постоянного магнита. Характер взаимодействия (притяжение или отталкивание) зависит от взаимного расположения полюсов катушки-электромагнита и постоянного магнита. В соответствии с основным принципом магнетизма, одноимённые полюса (N и N, S и S) отталкиваются, а разноимённые (N и S) — притягиваются.

Ответ: Взаимодействие постоянного тока с магнитным полем заключается в том, что проводник с током создает собственное магнитное поле и ведет себя как электромагнит. Этот электромагнит взаимодействует с полем постоянного магнита согласно правилу: одноименные магнитные полюса отталкиваются, а разноименные притягиваются. Сила этого взаимодействия (сила Ампера) зависит от величины тока, свойств магнита, количества витков в проводнике и их взаимного расположения.