Номер 23.12, страница 114 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 23. Домашние экспериментальные задания - номер 23.12, страница 114.

Условие.

23.12. Изготовьте самодельный электромагнит.

Для этого возьмите гвоздь, обмотайте его изолированным медным проводом, а концы провода присоедините к источнику тока. Попробуйте определить подъемную силу электромагнита по наибольшему числу гвоздиков, удерживаемых им.

Решение.

Задача представляет собой практическое задание по изготовлению электромагнита и определению его подъемной силы. Ниже приведено пошаговое руководство по выполнению этого задания и пример расчета.

1. Изготовление самодельного электромагнита

Для создания электромагнита потребуются:

• Железный сердечник (например, большой гвоздь длиной 10-15 см).
• Изолированный медный провод (тонкий, в лаковой изоляции, длиной несколько метров).
• Источник постоянного тока (плоская батарейка на 4.5 В или несколько пальчиковых батареек, соединенных последовательно).
• Мелкие железные предметы (маленькие гвоздики, скрепки, кнопки).

Процесс сборки:

1. Возьмите большой гвоздь, который будет служить сердечником. Железо (ферромагнетик) значительно усиливает магнитное поле катушки.

2. Оставив свободный конец провода длиной около 15 см, начните плотно, виток к витку, наматывать провод на гвоздь. Чем больше витков вы намотаете, тем сильнее будет магнитное поле. По окончании намотки оставьте второй свободный конец такой же длины.

3. С помощью ножа или наждачной бумаги аккуратно зачистите концы провода от изоляции (лака) на 1-2 см для обеспечения электрического контакта.

4. Подключите зачищенные концы провода к полюсам источника тока. Электромагнит готов к работе. Соблюдайте осторожность: при длительном использовании катушка может нагреваться. Не используйте источники высокого напряжения, например, бытовую розетку.

2. Определение и расчет подъемной силы

Подъемная сила электромагнита — это максимальная сила тяжести, которую он может преодолеть, удерживая груз. Мы определим ее, посчитав вес максимального количества гвоздиков, которое может удержать наш электромагнит.

Для расчета проведем гипотетический эксперимент. Предположим, что наш электромагнит смог удержать определенное количество гвоздиков, и мы предварительно измерили массу одного гвоздика.

Дано:

Наибольшее число гвоздиков, удерживаемых электромагнитом: $N = 20$ шт.
Масса одного гвоздика: $m_{1} = 0,4$ г.
Ускорение свободного падения: $g \approx 9,8$ Н/кг.

В системе СИ:
$m_{1} = 0,4 \text{ г} = 0,0004 \text{ кг}$.

Найти:

Подъемную силу электромагнита $F_{под}$.

Решение:

1. Сначала найдем общую массу $\text{M}$ всех гвоздиков, которые смог удержать электромагнит. Для этого умножим количество гвоздиков на массу одного гвоздика:

$M = N \times m_{1}$

$M = 20 \times 0,0004 \text{ кг} = 0,008 \text{ кг}$.

2. Подъемная сила электромагнита $F_{под}$ по определению равна силе тяжести $F_{тяж}$ (весу $\text{P}$), действующей на максимальный груз, который он может удержать. Сила тяжести рассчитывается по формуле:

$F_{тяж} = M \times g$

3. Подставим наши значения и вычислим подъемную силу:

$F_{под} = 0,008 \text{ кг} \times 9,8 \text{ Н/кг} = 0,0784 \text{ Н}$.

Таким образом, подъемная сила нашего самодельного электромагнита составляет $0,0784$ ньютона.

Ответ: подъемная сила электромагнита в приведенном примере составляет $0,0784$ Н. Этот результат зависит от конкретных параметров созданного устройства (количества витков провода, силы тока в цепи) и массы используемых гвоздиков.