Экспериментальное задание 18.1, страница 78 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Экспериментальное задание 18.1

Работаем в группе

Исследование явления намагничивания вещества

Оборудование: источник постоянного тока, катушка из медного провода, деревянный, медный и железный стержни (карандаши, медный цилиндр, гвозди).

Исследуйте, изменяется ли магнитное поле у концов катушки с током при введении внутрь её различных материалов.

Порядок выполнения задания

1. Соедините концы провода катушки с полюсами источника постоянного тока через ключ. Сначала ключ не замыкайте.

2. При разомкнутом ключе установите катушку так, чтобы плоскости витков провода катушки располагались в вертикальной плоскости параллельно магнитной стрелке (рис. 18.2).

Проверьте, что при отсутствии тока в катушке внесение в неё деревянных, медных или железных стержней не вызывает отклонения стрелки компаса. Расстояние катушки от стрелки должно быть не менее 7—10 см, чтобы железные стержни не намагничивались самой стрелкой и не оказывали на неё влияния (рис. 18.3).

3. Замкните ключ и заметьте угол поворота стрелки компаса под действием магнитного поля тока в катушке (рис. 18.4).

Рис. 18.2

Рис. 18.3

Рис. 18.4

4. Не изменяя положения катушки с током относительно магнитной стрелки, введите в катушку сначала деревянные стержни (рис. 18.5), затем медный цилиндр (рис. 18.6). Наблюдайте, влияют ли эти вещества на магнитное поле катушки. Сделайте выводы из наблюдений.

5. Не изменяя положения катушки с током относительно магнитной стрелки, введите в катушку железный цилиндр или несколько железных гвоздей. Наблюдайте, влияет ли введение в катушку с током железных предметов на магнитное поле катушки (рис. 18.7). Сделайте выводы из наблюдений.

Рис. 18.5

Рис. 18.6

Рис. 18.7

Это экспериментальное задание направлено на изучение явления намагничивания вещества. Цель — исследовать, как изменяется магнитное поле катушки с током при введении внутрь неё сердечников из различных материалов: дерева (диэлектрик), меди (диамагнетик) и железа (ферромагнетик).

Решение:

Согласно порядку выполнения задания, сначала собирается электрическая цепь и производится начальная настройка (пункты 1-2). Катушка располагается так, чтобы её ось была перпендикулярна магнитной стрелке компаса в её исходном положении, а плоскость витков — параллельна ей. Проверяется, что без тока в катушке вносимые стержни не вызывают отклонения стрелки, то есть они не являются постоянными магнитами.

Далее, в пункте 3, ключ замыкают. По катушке начинает течь ток, и она создает вокруг себя магнитное поле. Это поле, действуя на магнитную стрелку, поворачивает её на некоторый угол $\alpha_0$. Этот угол характеризует силу магнитного поля катушки без сердечника (с воздушным сердечником).

4. Не изменяя положения катушки с током относительно магнитной стрелки, введите в катушку сначала деревянные стержни (рис. 18.5), затем медный цилиндр (рис. 18.6). Наблюдайте, влияют ли эти вещества на магнитное поле катушки. Сделайте выводы из наблюдений.

Наблюдение: При введении в катушку с током деревянных стержней, а затем медного цилиндра, угол отклонения магнитной стрелки компаса практически не изменится.

Объяснение: Вещества по-разному ведут себя в магнитном поле. Их способность изменять магнитное поле характеризуется относительной магнитной проницаемостью $\mu_r$.

• Дерево является диэлектриком. Его магнитная проницаемость $\mu_r$ очень близка к 1. Оно практически не взаимодействует с магнитным полем.

• Медь — диамагнетик. У диамагнетиков магнитная проницаемость незначительно меньше единицы ($\mu_r < 1$). Это означает, что они создают внутреннее магнитное поле, направленное против внешнего, тем самым очень слабо ослабляя его. Для меди $\mu_r \approx 0.999994$. Такое ничтожное изменение поля невозможно зафиксировать с помощью школьного компаса.

Вывод: Дерево и медь являются веществами, которые очень слабо влияют на магнитное поле, и в данном эксперименте их можно считать немагнитными.

Ответ: Введение в катушку с током деревянных стержней (диэлектрика) и медного цилиндра (диамагнетика) не приводит к заметному изменению ее магнитного поля, так как их относительная магнитная проницаемость очень близка к единице.

5. Не изменяя положения катушки с током относительно магнитной стрелки, введите в катушку железный цилиндр или несколько железных гвоздей. Наблюдайте, влияет ли введение в катушку с током железных предметов на магнитное поле катушки (рис. 18.7). Сделайте выводы из наблюдений.

Наблюдение: При введении в катушку с током железного сердечника (цилиндра или гвоздей) угол отклонения магнитной стрелки компаса значительно увеличится. Новый угол $\alpha_{Fe}$ будет намного больше первоначального угла $\alpha_0$.

Объяснение: Железо является ферромагнетиком. Ферромагнетики обладают очень высокой относительной магнитной проницаемостью ($\mu_r \gg 1$, для железа она может достигать нескольких тысяч). Попадая во внешнее магнитное поле, созданное катушкой, железный сердечник сам сильно намагничивается. Его собственное магнитное поле совпадает по направлению с полем катушки и складывается с ним. В результате суммарное магнитное поле $B = \mu_r B_0$ (где $B_0$ - поле катушки без сердечника) многократно усиливается.

Вывод: Введение в катушку с током сердечника из ферромагнитного материала (железа) приводит к резкому усилению её магнитного поля.

Ответ: Введение железных предметов в катушку с током приводит к значительному усилению её магнитного поля. Это объясняется тем, что железо — ферромагнетик с высокой магнитной проницаемостью, который сильно намагничивается и многократно усиливает исходное поле катушки.