Проводим опыты, страница 203 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 4. Магнитные явления. Параграф 48. Электромагниты. Вспомните - страница 203.

Условие.

Изготовьте самодельный электромагнит. Для этого возьмите большой гвоздь, обмотайте его проволокой, а её концы присоедините к источнику тока (например, батарее от карманного фонаря). Испытайте действие электромагнита, поднося его к различным железным предметам. Попробуйте определить подъёмную силу электромагнита по наибольшему числу гвоздиков, удерживаемых им.

Решение.

Изготовьте самодельный электромагнит

Для изготовления электромагнита необходимо выполнить следующие действия. Возьмите большой железный гвоздь (он будет выполнять роль сердечника, усиливающего магнитное поле) и плотно намотайте на него изолированную медную проволоку. Намотку следует производить виток к витку и в одном направлении. Чем больше витков проволоки будет намотано, тем сильнее будет магнитное поле, создаваемое электромагнитом. Оставьте с обеих сторон обмотки свободные концы проволоки длиной 10-15 см. Зачистите изоляцию на концах проволоки (на 1-2 см) и подключите их к полюсам источника постоянного тока, например, к батарейке от карманного фонаря. Электромагнит готов. Следует соблюдать осторожность, так как при длительной работе обмотка может нагреться.

Ответ: В результате выполнения описанных действий будет создан простейший электромагнит, состоящий из катушки с проволокой (соленоида) и железного сердечника внутри неё, подключенный к источнику тока.

Испытайте действие электромагнита, поднося его к различным железным предметам

После подключения катушки к источнику тока по ней потечёт электрический ток. Согласно явлению электромагнетизма, электрический ток, протекающий по проводнику, создает вокруг него магнитное поле. Железный сердечник (гвоздь) внутри катушки, являясь ферромагнетиком, значительно усиливает это поле. Для проверки действия электромагнита поднесите его к небольшим железным предметам, таким как канцелярские скрепки, кнопки или маленькие гвозди. Вы обнаружите, что предметы притягиваются к сердечнику электромагнита. При отключении электромагнита от источника тока (достаточно отсоединить один провод) магнитное поле исчезнет, и притянувшиеся предметы упадут. Это демонстрирует управляемость магнитного поля.

Ответ: При подключении к источнику тока самодельный электромагнит притягивает к себе железные предметы, а при отключении тока — перестает их притягивать.

Попробуйте определить подъёмную силу электромагнита по наибольшему числу гвоздиков, удерживаемых им

Подъёмная сила электромагнита — это максимальная сила тяжести груза, который он способен удержать. Для её определения в данном эксперименте используется метод последовательного нагружения. Подключите электромагнит к источнику тока и поднесите его к россыпи одинаковых мелких гвоздиков. Попробуйте подцепить один гвоздик, затем к нему — второй, и так далее, формируя цепочку. Экспериментально найдите максимальное количество гвоздиков $\text{N}$, которое электромагнит может удержать. Подъёмная сила будет равна суммарному весу этих гвоздиков. Для расчёта необходимо предварительно узнать массу одного гвоздика $\text{m}$. Это можно сделать, взвесив на точных весах большую партию гвоздиков (например, 100 штук) и разделив полученную массу на их количество.

Далее приводится расчёт подъёмной силы.

Дано:

$\text{N}$ — максимальное число удержанных гвоздиков (безразмерная величина);
$\text{m}$ — масса одного гвоздика (измеряется, например, в граммах);
$g \approx 9,8 \text{ Н/кг}$ — ускорение свободного падения.

Перевод в СИ:
Масса $\text{m}$ должна быть выражена в килограммах (кг). Например, если $m = 0,5 \text{ г}$, то в СИ $m = 0,0005 \text{ кг}$.

Найти:

$F_{под}$ — подъёмная сила электромагнита, Н.

Решение:
Вес (сила тяжести) одного гвоздика равен $P_1 = m \cdot g$.
Общий вес максимального числа гвоздиков, которые может удержать электромагнит, равен $P_{общ} = N \cdot P_1 = N \cdot m \cdot g$.
По определению, подъёмная сила электромагнита равна максимальному весу удерживаемого груза, следовательно:
$F_{под} = P_{общ} = N \cdot m \cdot g$.
Пример расчёта:
Пусть в ходе эксперимента было установлено, что электромагнит удерживает $N=15$ гвоздиков, а измеренная масса одного гвоздика $m=0,5 \text{ г}$.
Переведем массу в СИ: $m = 0,5 \text{ г} = 0,0005 \text{ кг}$.
Тогда подъёмная сила составит:
$F_{под} = 15 \cdot 0,0005 \text{ кг} \cdot 9,8 \text{ Н/кг} = 0,0735 \text{ Н}$.

Ответ: Подъёмная сила электромагнита определяется экспериментально по максимальному числу $\text{N}$ удерживаемых им одинаковых гвоздиков массой $\text{m}$ каждый и рассчитывается по формуле $F_{под} = N \cdot m \cdot g$.