Номер 51.2, страница 114 - гдз по физике 8 класс рабочая тетрадь Ханнанова

Электромагнитные явления - номер 51.2, страница 114.

Условие.

Задание 51.2. Проводя опыт с реостатом и закреплённым проводом $\text{AB}$ (см. рис.), ученик отметил, что при разомкнутом ключе магнитная стрелка всегда расположена вдоль провода $\text{AB}$, а при замкнутом ключе угол между стрелкой и проводом $\text{AB}$ увеличивается по мере увеличения силы тока. Выскажите гипотезу: как можно объяснить описанное явление?

Решение.

Гипотеза: Описанное явление объясняется тем, что на магнитную стрелку действуют два магнитных поля — постоянное магнитное поле Земли и магнитное поле, создаваемое электрическим током в проводе. Результирующее поле, вдоль которого ориентируется стрелка, является их векторной суммой.

При разомкнутом ключе ток в проводе AB отсутствует, и на магнитную стрелку действует только магнитное поле Земли. Поскольку стрелка располагается вдоль провода, это означает, что провод был специально ориентирован по направлению магнитных линий Земли (приблизительно север-юг).

Когда ключ замыкают, по проводу начинает течь электрический ток. Согласно открытию Эрстеда, любой проводник с током создает вокруг себя магнитное поле. Линии индукции этого поля для прямого провода представляют собой окружности, лежащие в плоскостях, перпендикулярных проводу. Таким образом, в месте расположения стрелки магнитное поле тока направлено перпендикулярно проводу AB.

В результате на стрелку действуют два поля: поле Земли ($B_З$), направленное вдоль провода, и поле тока ($B_I$), направленное перпендикулярно проводу. Магнитная стрелка всегда устанавливается по направлению вектора результирующего поля, которое является векторной суммой $B_З$ и $B_I$.

Величина магнитного поля, создаваемого током, прямо пропорциональна силе тока $\text{I}$ в проводнике. Магнитное поле Земли $B_З$ в данном месте можно считать постоянным. Угол отклонения стрелки $\alpha$ от направления провода AB определяется соотношением этих полей. Так как векторы полей перпендикулярны, то тангенс угла отклонения равен отношению их модулей: $\tan(\alpha) = \frac{B_I}{B_З}$.

Когда ученик с помощью реостата увеличивает силу тока $\text{I}$, величина магнитного поля тока $B_I$ также увеличивается. Это приводит к увеличению отношения $\frac{B_I}{B_З}$ и, следовательно, к увеличению угла отклонения $\alpha$.

Ответ: Явление объясняется наложением двух магнитных полей: поля Земли и поля, создаваемого током в проводе. Магнитная стрелка ориентируется вдоль их векторной суммы. Поскольку поле тока прямо пропорционально силе тока, то с увеличением силы тока возрастает и его вклад в результирующее поле, что приводит к увеличению угла отклонения стрелки.