Номер 12, страница 255 - гдз по физике 8 класс учебник Изергин

Домашние экспериментальные задания - номер 12, страница 255.

Условие.

Задание 12

Исследование явления намагничивания вещества

Цель: убедиться в том, что электрический ток является источником магнитного поля.

Порядок выполнения

1. Для выполнения задания потребуются батарейка для карманного фонаря, гвоздик диаметром примерно 2 мм и длиной 3–4 см, медный проводник длиной 25–30 см диаметром около 0,5 мм в эмалевой изоляции, две швейные иглы, которые надо будет намагнитить.

2. Намотайте на гвоздик медный проводник с эмалевой изоляцией плотно, виток к витку. Получится катушка. Вынув гвоздик, вставьте в изготовленную вами катушку швейную иглу.

3. Учитывая направление тока (от плюса источника через проводники к минусу) и используя правило буравчика, определите полюсы полученного электромагнита.

4. На короткое время соедините выводы катушки (зачищенные концы медного проводника) с полюсами источника тока. Так как сила тока достаточно велика, потому что сопротивление медного проводника мало, держать цепь включённой рекомендуется не более одной секунды. Разомкните цепь, потом опять включите на короткое время, потом в третий раз. Швейная игла намагнитилась.

5. Проверьте, притягивается ли намагниченная вами игла к плоскогубцам, отвёртке, ножницам.

6. Таким же способом намагнитьте вторую иглу. Чтобы легче запомнить полюсы полученных вами магнитных стрелок, иглы намагнитьте так, чтобы их острые концы были северными полюсами, а тупые (с ушком) — южными. Южные полюсы можно окрасить лаком для ногтей.

Решение.

Цель: Целью данного задания является практическое подтверждение одного из фундаментальных принципов электромагнетизма: электрический ток является источником магнитного поля. Это будет продемонстрировано путем создания простого электромагнита и его использования для намагничивания стальных игл.

Порядок выполнения

1. Для выполнения этого лабораторного задания необходимо подготовить указанные материалы. Они позволят собрать простейший электромагнит и на его примере исследовать явление намагничивания вещества. Батарейка служит источником электрического тока, медный провод — для создания обмотки (катушки), гвоздь — в качестве каркаса для намотки, а швейные иглы из стали — в качестве намагничиваемого сердечника.

Ответ: Подготовить оборудование, необходимое для проведения эксперимента.

2. На этом шаге создается основной элемент электромагнита — соленоид (катушка с проводом). Провод наматывается на гвоздь, который выступает в роли временной оправки, чтобы витки получились ровными и одинакового диаметра. После намотки гвоздь удаляется, а на его место внутрь катушки помещается швейная игла. Стальная игла будет играть роль сердечника. Ферромагнитный сердечник значительно усиливает магнитное поле, создаваемое током в катушке.

Ответ: Изготовить катушку, намотав медный провод на гвоздь, и вставить в нее швейную иглу в качестве сердечника.

3. Когда по катушке течет электрический ток, она становится электромагнитом с северным (N) и южным (S) полюсами. Чтобы определить их расположение, применяется правило правой руки для соленоида (иногда его называют правилом буравчика). Правило гласит: если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы направление четырех согнутых пальцев совпадало с направлением тока в витках, то отогнутый на 90° большой палец укажет направление на северный полюс (N) магнита. Направление тока в цепи принято считать от положительного полюса (+) источника к отрицательному (–). Таким образом, зная, как намотан провод и как подключена батарейка, можно однозначно определить полюсы электромагнита.

Ответ: Полюсы электромагнита определяются по правилу правой руки, исходя из направления тока в витках катушки.

4. Для намагничивания иглы через катушку пропускают электрический ток. Сильное магнитное поле внутри катушки воздействует на стальную иглу (ферромагнетик). Внутренняя структура стали состоит из микроскопических магнитных областей — доменов. Под действием внешнего поля эти домены ориентируются в одном направлении. После выключения тока значительная часть доменов сохраняет эту ориентацию, благодаря чему игла сама становится постоянным магнитом (происходит остаточное намагничивание). Цепь замыкают на короткое время, так как сопротивление $\text{R}$ медного провода мало, и по закону Ома для участка цепи $I = U/R$, сила тока $\text{I}$ будет очень большой. Длительное протекание такого тока может повредить батарейку и вызвать перегрев провода.

Ответ: Игла намагнитилась в результате воздействия на нее сильного магнитного поля, созданного током в катушке, и сохранения остаточной намагниченности.

5. Проверка намагниченности иглы заключается в поднесении ее к предметам из ферромагнитных материалов. Плоскогубцы, отвертки и ножницы обычно изготавливаются из стали, которая является ферромагнетиком. Намагниченная игла, ставшая постоянным магнитом, будет создавать вокруг себя магнитное поле и притягивать эти предметы. Если притяжение наблюдается, значит, опыт по намагничиванию прошел успешно и игла действительно стала магнитом.

Ответ: Намагниченная игла будет притягиваться к плоскогубцам, отвертке и ножницам, так как они сделаны из ферромагнитных материалов (стали).

6. Этот пункт является практическим применением знаний, полученных в пункте 3. Чтобы намагнитить иглу с заданной полярностью (например, острый конец — северный полюс), нужно правильно сориентировать иглу внутри катушки и правильно подключить источник тока. Согласно правилу правой руки, большой палец (указывающий на северный полюс) должен быть направлен в сторону острого конца иглы. Для этого нужно обхватить катушку правой рукой соответствующим образом и подать ток в том направлении, в котором указывают остальные четыре пальца. Маркировка полюсов (например, покраска южного полюса) позволяет в дальнейшем использовать эти иглы как магнитные стрелки, например, для самодельного компаса.

Ответ: Чтобы получить иглу с заданной полярностью, необходимо применить правило правой руки для определения правильного направления тока в катушке относительно расположения иглы.