Номер 20.12, страница 98 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 20. Магнитные взаимодействия. Магнитное поле - номер 20.12, страница 98.

Условие.

20.12. Опишите опыты, с помощью которых можно обнаружить магнитное поле.

Решение.

Магнитное поле можно обнаружить несколькими способами, основанными на его действии на другие объекты. Ниже описаны некоторые из основных опытов.

1. Опыт с магнитной стрелкой (компасом)
Самый простой способ обнаружить магнитное поле – использовать магнитную стрелку или компас. Магнитная стрелка представляет собой маленький постоянный магнит, который может свободно вращаться вокруг своей оси. В отсутствие других магнитных полей, кроме земного, стрелка компаса ориентируется вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Если поднести к компасу источник магнитного поля (например, постоянный магнит или проводник, по которому течет электрический ток), стрелка отклонится от своего первоначального положения и установится вдоль направления вектора индукции результирующего магнитного поля. Это отклонение и свидетельствует о наличии внешнего магнитного поля.
Ответ: Наличие магнитного поля обнаруживается по отклонению магнитной стрелки.

2. Опыт с железными опилками
Этот опыт позволяет не только обнаружить магнитное поле, но и визуализировать его структуру. Если на лист картона, под которым находится постоянный магнит, насыпать тонкий слой железных опилок и слегка встряхнуть картон, опилки выстроятся вдоль силовых линий магнитного поля. Каждая мелкая частичка железа намагничивается в поле и ведет себя как крошечная магнитная стрелка, образуя цепочки, которые показывают форму и направление поля. Аналогичную картину можно получить, насыпав опилки вокруг проводника с током.
Ответ: Магнитное поле обнаруживается по упорядоченному расположению железных опилок, которые визуализируют силовые линии поля.

3. Опыт по действию магнитного поля на проводник с током (сила Ампера)
Магнитное поле оказывает силовое действие на движущиеся электрические заряды. Поскольку электрический ток в проводнике — это направленное движение зарядов, на проводник с током в магнитном поле действует сила, называемая силой Ампера. Для демонстрации этого явления можно поместить легкий прямолинейный проводник между полюсами подковообразного магнита и пропустить по нему ток. Проводник придет в движение. Направление движения зависит от направления тока и направления магнитного поля и определяется по правилу левой руки. Сила Ампера вычисляется по формуле: $F_A = I \cdot B \cdot l \cdot \sin(\alpha)$, где $\text{I}$ – сила тока, $\text{B}$ – индукция магнитного поля, $\text{l}$ – длина проводника, $\alpha$ – угол между направлением тока и вектором магнитной индукции.
Ответ: Наличие магнитного поля обнаруживается по возникновению силы, действующей на проводник с током, что приводит к его движению.

4. Опыт по отклонению движущихся зарядов в магнитном поле (сила Лоренца)
Этот опыт демонстрирует фундаментальное свойство магнитного поля — его действие на отдельные движущиеся заряженные частицы. Например, если в область магнитного поля направить пучок электронов (как в электронно-лучевой трубке), траектория пучка искривится. Это происходит под действием силы Лоренца: $F_L = q \cdot v \cdot B \cdot \sin(\alpha)$, где $\text{q}$ – заряд частицы, $\text{v}$ – ее скорость, $\text{B}$ – индукция магнитного поля, $\alpha$ – угол между вектором скорости и вектором магнитной индукции. Наблюдая за отклонением пучка заряженных частиц, можно сделать вывод о существовании магнитного поля.
Ответ: Магнитное поле обнаруживается по искривлению траектории движущихся заряженных частиц.

5. Опыт по электромагнитной индукции
Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, в любом замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока через поверхность, ограниченную этим контуром, возникает электрический ток, называемый индукционным. Для проведения опыта достаточно взять катушку из проволоки и подключить ее к чувствительному гальванометру. Если вносить в катушку или вынимать из нее постоянный магнит, гальванометр зафиксирует появление тока. Ток возникает только во время движения магнита, то есть когда магнитное поле, пронизывающее катушку, изменяется. Величина индуцированной ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока: $\mathcal{E}_{ind} = - \frac{\Delta\Phi}{\Delta t}$.
Ответ: Наличие переменного магнитного поля (или движение источника поля относительно контура) обнаруживается по возникновению индукционного тока в замкнутом проводящем контуре.