Номер 53, страница 139, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава IV. Электромагнитные явления. Параграф 23. Магнитные взаимодействия. Магнитное поле - номер 53, страница 139.

Условие.

53. Изготовьте электромагнит, используя большой гвоздь, покрытую изоляцией тонкую проволоку длиной 2—3 м и батарейку. Поставьте с ним несколько опытов, опишите их и проиллюстрируйте фотографиями или видеосъёмкой.

Решение.

Изготовление электромагнита

Для создания простейшего электромагнита необходимы: большой железный гвоздь (в качестве сердечника), тонкая медная проволока в лаковой изоляции длиной 2–3 метра (для обмотки) и батарейка на 1.5 В (источник тока). Также понадобятся мелкие металлические предметы (скрепки, кнопки) для демонстрации работы и инструмент для зачистки изоляции (нож или наждачная бумага).

Порядок изготовления:

1. Оставьте свободным один конец проволоки длиной около 15 см. Начиная от шляпки гвоздя, начните плотно наматывать проволоку на гвоздь виток к витку. Важно, чтобы все витки были намотаны в одном направлении.

2. Продолжайте наматывать, пока не покроете большую часть гвоздя. Оставьте второй конец проволоки также свободным, длиной около 15 см. Чем больше витков, тем сильнее будет электромагнит.

3. Аккуратно зачистите от лаковой изоляции оба конца проволоки на длину 1–2 см. Это необходимо для обеспечения электрического контакта.

4. Кратковременно прижмите зачищенные концы проволоки к полюсам батарейки. Электромагнит готов к работе.

Внимание: При длительном подключении к батарейке проволока и сама батарейка могут сильно нагреться из-за прохождения тока. Подключайте электромагнит к источнику питания только на время проведения опыта, чтобы избежать перегрева и быстрой разрядки батарейки.

Ответ: Электромагнит изготовлен путем намотки изолированной проволоки на железный сердечник (гвоздь) и последующего подключения концов обмотки к полюсам батарейки.

Проведение опытов с электромагнитом

Опыт 1. Проверка магнитных свойств

Цель: Убедиться, что изготовленное устройство является именно электромагнитом, то есть проявляет магнитные свойства только при прохождении через обмотку электрического тока.

Ход опыта: Подключите электромагнит к батарейке. Поднесите его к мелким металлическим предметам, например, к канцелярским скрепкам. Вы увидите, что скрепки притягиваются к гвоздю и удерживаются на нем. Затем отключите один из проводов от батарейки. Электрический ток в цепи прекратится, магнитное поле исчезнет, и все притянутые предметы упадут.

Иллюстрация: Рекомендуется сделать две фотографии. На первой — работающий электромагнит, удерживающий "гирлянду" из скрепок. На второй — те же скрепки, отпавшие от гвоздя после отключения питания.

Опыт 2. Зависимость силы электромагнита от наличия сердечника

Цель: Экспериментально доказать, что железный сердечник значительно усиливает магнитное поле катушки с током.

Ход опыта: Сначала определите "подъемную силу" вашего электромагнита, посчитав максимальное количество скрепок, которое он может удержать. Затем аккуратно вытащите гвоздь из катушки. Подключите к батарейке только катушку из проволоки (соленоид без сердечника) и попробуйте снова поднять скрепки. Вы обнаружите, что катушка без сердечника либо не может притянуть ни одной скрепки, либо притягивает их значительно меньше. Это объясняется тем, что железо (ферромагнетик) имеет высокую магнитную проницаемость $\mu$. Магнитное поле катушки $B_0 = \mu_0 n I$ при внесении в нее сердечника усиливается в $\mu$ раз: $B = \mu \mu_0 n I$. Для железа $\mu$ может достигать нескольких тысяч.

Иллюстрация: Можно снять короткое видео, на котором сравнивается подъемная сила катушки с сердечником и без него.

Опыт 3. Определение магнитных полюсов электромагнита

Цель: Определить расположение северного и южного полюсов электромагнита и проверить справедливость правила правой руки.

Ход опыта: Включите электромагнит и поднесите к одному из его торцов (например, к шляпке гвоздя) обычный компас. Посмотрите, какой полюс стрелки компаса притягивается к этому торцу. Если к торцу притягивается северный (обычно синий) конец магнитной стрелки, значит, этот торец электромагнита является южным полюсом. Соответственно, противоположный торец будет северным. Затем поменяйте полярность подключения к батарейке (поменяйте местами провода на клеммах). Полюсы электромагнита изменятся на противоположные, что можно снова проверить компасом. Результаты опыта можно сверить с правилом правой руки: если обхватить катушку правой рукой так, чтобы четыре пальца были направлены по току (от «+» к «–» батарейки), то отогнутый на 90 градусов большой палец укажет направление на северный полюс электромагнита.

Иллюстрация: Сделайте фотографию, на которой виден торец электромагнита и находящийся рядом компас с отклоненной стрелкой.

Ответ: Проведенные опыты демонстрируют ключевые свойства электромагнита: он создает магнитное поле только при наличии тока, его сила многократно увеличивается при использовании ферромагнитного сердечника, а расположение его полюсов зависит от направления тока в обмотке и подчиняется правилу правой руки.