Электромагнитная индукция, страница 156, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 8. Электромагнитные явления. Параграф 85. Лабораторные и исследовательские работы. Практические работы-исследование - страница 156.

Условие.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ СВОИМИ РУКАМИ

Цель работы

Изготовить самодельный прибор для демонстрации явления электромагнитной индукции.

Этапы выполнения задания

• В качестве оборудования можно использовать следующие приборы и материалы: два куска медного провода длиной 10 м и сечением $0,2 \text{ мм}^2$, стержневой магнит, швейная игла с ниткой, трёхлитровая банка, изоляционная лента, батарейка.

• Для создания прибора необходимо изготовить две катушки. Один из имеющихся у вас кусков провода намотайте плотными витками вокруг банки из-под сока, оставив концы приблизительно по 30 см. Аккуратно снимите получившуюся катушку с банки. Обмотайте катушку в нескольких местах изолентой. Зачистите концы провода катушки.

• Аналогичным образом изготовьте вторую катушку.

• При помощи изоленты закрепите одну из катушек вертикально на столе.

• Намагниченную швейную иглу обвяжите ниткой посредине. Для намагничивания используйте имеющийся стержневой магнит. Оставшийся свободный конец нити закрепите в верхней части вертикально установленной катушки так, чтобы иголка висела внутри катушки. Гальванометр готов.

• Свободные концы провода катушки присоедините к батарее. Как ведёт себя игла? Опишите, что произойдёт, если поменять полярность.

• При помощи изоленты закрепите вертикально вторую катушку, соединив её свободные концы с концами изготовленного вами гальванометра.

• При помощи созданной вами установки и стержневого магнита продемонстрируйте явление электромагнитной индукции. Используйте катушку с иголкой в качестве гальванометра.

• Опишите полученные вами результаты.

• Сделайте вывод.

Решение.

Свободные концы провода катушки присоедините к батарее. Как ведёт себя игла? Опишите, что произойдёт, если поменять полярность.

При подключении катушки к батарейке по её виткам начинает течь электрический ток. Катушка с током создаёт вокруг себя магнитное поле, аналогичное полю постоянного магнита, и становится электромагнитом. Намагниченная швейная игла, являясь, по сути, стрелкой компаса, под действием этого магнитного поля повернётся и установится вдоль силовых линий поля внутри катушки, то есть вдоль оси катушки. Направление, в котором укажет «северный» полюс иглы, можно определить по правилу правой руки: если обхватить катушку ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены по току в витках, то отставленный большой палец укажет направление на северный полюс электромагнита.

Если поменять полярность подключения батарейки, направление тока в катушке изменится на противоположное. Это приведёт к изменению направления магнитного поля, создаваемого катушкой, на 180 градусов (северный и южный полюсы электромагнита поменяются местами). В результате намагниченная игла также развернётся на 180 градусов, чтобы снова сориентироваться вдоль линий нового магнитного поля.

Ответ: При подключении к батарее игла повернётся и сориентируется вдоль оси катушки. При смене полярности игла развернётся на 180 градусов.

При помощи созданной вами установки и стержневого магнита продемонстрируйте явление электромагнитной индукции. Используйте катушку с иголкой в качестве гальванометра.

Для демонстрации явления электромагнитной индукции необходимо вторую изготовленную катушку подключить к самодельному гальванометру (первой катушке с иглой). После этого следует взять стержневой магнит и совершить с ним следующие действия, наблюдая за поведением иглы гальванометра:

1. Вносить магнит одним из полюсов внутрь второй катушки.

2. Остановить магнит внутри катушки.

3. Вынимать магнит из катушки.

4. Повторить действия 1-3 для другого полюса магнита.

5. Повторить действия, изменяя скорость движения магнита.

Наблюдаемые отклонения иглы и будут являться демонстрацией явления электромагнитной индукции.

Ответ: Для демонстрации нужно подключить вторую катушку к гальванометру и наблюдать за отклонением его иглы при внесении, извлечении и удержании в покое стержневого магнита относительно второй катушки.

Опишите полученные вами результаты.

1. Когда стержневой магнит неподвижен относительно второй катушки (независимо от того, где он находится — далеко от неё или внутри), игла в гальванометре не отклоняется, что указывает на отсутствие тока в цепи.

2. При вдвигании магнита в катушку (например, северным полюсом) игла гальванометра отклоняется в определённую сторону. Это свидетельствует о возникновении в цепи индукционного тока. Как только движение магнита прекращается, игла возвращается в исходное положение.

3. При выдвигании того же полюса магнита из катушки игла гальванометра отклоняется в противоположную сторону по сравнению с вдвиганием. Это указывает на то, что индукционный ток снова возник, но его направление изменилось на противоположное.

4. Если повторить опыты, вдвигая и выдвигая магнит южным полюсом, игла также будет отклоняться, но направления её отклонений будут противоположны тем, что наблюдались при использовании северного полюса для тех же движений.

5. Чем быстрее движется магнит относительно катушки, тем на больший угол отклоняется игла гальванометра. Это говорит о том, что величина индукционного тока зависит от скорости изменения магнитного потока.

Ответ: Игла гальванометра отклоняется только во время движения магнита относительно катушки. Направление отклонения зависит от направления движения магнита (вдвигание/выдвигание) и от используемого полюса магнита (северный/южный). Величина отклонения зависит от скорости движения магнита.

Сделайте вывод.

Проведенный эксперимент наглядно демонстрирует явление электромагнитной индукции. Вывод заключается в следующем: при любом изменении магнитного потока ($\Phi_B$), пронизывающего замкнутый проводящий контур, в этом контуре возникает электродвижущая сила (ЭДС) индукции, которая и создает индукционный ток. Этот ток существует только во время изменения магнитного потока. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, ЭДС индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока. Для катушки с $\text{N}$ витками закон выглядит так: $\mathcal{E} = - N \frac{d\Phi_B}{dt}$. Знак «минус» отражает правило Ленца: индукционный ток всегда имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток. Результаты эксперимента (зависимость отклонения стрелки от скорости движения магнита, от направления движения и от полюса) полностью согласуются с этим законом.

Ответ: В замкнутом проводящем контуре возникает электрический (индукционный) ток при изменении магнитного потока, проходящего через этот контур. Величина и направление тока определяются законом электромагнитной индукции Фарадея.