Номер 20.61, страница 106 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 20. Магнитные взаимодействия. Магнитное поле - номер 20.61, страница 106.

Условие.

20.61. Замкнутая электрическая цепь состоит из батарейки и резистора, причем батарейка находится в одном из стоящих на столе «черных ящиков», а резистор — в другом (рис. 99). Как можно с помощью вольтметра и магнитной стрелки, не размыкая цепь, определить, в каком именно из «черных ящиков» находится батарейка?

Рис. 99

Вся трудность физики состоит в том, чтобы по явлениям движения распознать силы природы, а затем по этим силам объяснить остальные явления.
И. Ньютон

Решение.

Решение

Задача состоит в том, чтобы определить, в каком из «черных ящиков» находится источник тока (батарейка), а в каком — потребитель (резистор). Поскольку цепь замкнута, в ней течет постоянный электрический ток. Направление тока в замкнутой цепи принято считать от положительного полюса источника к отрицательному во внешней цепи. Следовательно, определив направление тока в соединительных проводах, можно однозначно указать на ящик с батарейкой. Это можно сделать двумя способами с помощью предложенных приборов.

Способ 1: Использование магнитной стрелки

1. Любой проводник с электрическим током создает вокруг себя магнитное поле. Направление этого поля можно определить с помощью правила правой руки (или правила буравчика): если обхватить проводник правой рукой так, чтобы большой палец указывал направление тока, то согнутые пальцы укажут направление линий магнитной индукции.

2. Поместим магнитную стрелку (компас) вблизи одного из соединительных проводов. Магнитная стрелка сориентируется по направлению силовых линий созданного током магнитного поля. Наблюдаемое отклонение стрелки от её обычного положения (вдоль магнитного меридиана Земли) будет свидетельствовать о наличии тока.

3. Зная, как отклонился северный полюс стрелки, и применив правило правой руки в обратном порядке, можно определить направление тока в проводе. Например, если расположить компас над проводом, и северный полюс стрелки отклонится влево, то ток в проводе направлен от наблюдателя.

4. Определив направление тока, мы находим источник. Ящик, из клеммы которого ток вытекает в провод, и есть ящик с батарейкой, причём эта клемма является её положительным полюсом.

Ответ: Необходимо поднести магнитную стрелку к одному из проводов и по её отклонению, используя правило правой руки, определить направление тока. Батарейка находится в том ящике, из которого ток вытекает во внешнюю цепь.

Способ 2: Использование вольтметра

1. Согласно закону Ома для участка цепи, при протекании тока $\text{I}$ через проводник, обладающий сопротивлением $R_{пр}$, на его концах возникает разность потенциалов (падение напряжения) $U_{пр} = I \cdot R_{пр}$. Направление тока совпадает с направлением падения потенциала, то есть ток течет от точки с более высоким потенциалом к точке с более низким.

2. Соединительные провода, хотя и обладают малым сопротивлением, всё же не являются идеальными проводниками. Поэтому на них будет наблюдаться небольшое падение напряжения. Подключим вольтметр к двум точкам одного и того же провода (например, к его концам у клемм ящиков).

3. Вольтметр покажет небольшое, но отличное от нуля напряжение. Для получения положительного показания на аналоговом или цифровом вольтметре его положительную клемму («+») необходимо подключить к точке с более высоким потенциалом, а отрицательную («–») — к точке с более низким.

4. Путем пробного подключения определим полярность, при которой вольтметр показывает положительное значение. Это позволит нам определить, какая точка провода имеет более высокий потенциал.

5. Так как ток течет от большего потенциала к меньшему, мы определим его направление. Ящик, от которого ток течет по проводу, содержит батарейку.

Ответ: Следует подключить вольтметр к двум точкам на одном из соединительных проводов. По полярности подключения, при которой прибор показывает положительное напряжение, можно определить направление падения потенциала и, следовательно, направление тока. Батарейка находится в том ящике, из которого ток вытекает.