Страница 178 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

1. Какие явления наблюдаются в цепи, в которой существует электрический ток?

1. Какие явления наблюдаются в цепи, в которой существует электрический ток?

При протекании электрического тока по цепи наблюдаются следующие основные явления, называемые также действиями тока:

• Тепловое действие: Проводник, по которому течет ток, нагревается. Количество выделяемой теплоты описывается законом Джоуля-Ленца: $Q = I^2 \cdot R \cdot t$. Это явление используется в электронагревательных приборах (электроплиты, утюги), лампах накаливания и плавких предохранителях.
• Магнитное действие: Электрический ток всегда создает вокруг проводника магнитное поле. Это фундаментальное явление, на котором основана работа электромагнитов, электродвигателей, генераторов, реле и трансформаторов.
• Химическое действие: Ток, проходя через растворы или расплавы электролитов (солей, кислот, щелочей), способен вызывать химические реакции — электролиз. В результате на электродах выделяются вещества. Это действие применяется в промышленности для получения чистых металлов (например, алюминия), для нанесения защитных покрытий (хромирование, никелирование), а также в аккумуляторах при их зарядке.
• Световое действие: В некоторых условиях прохождение тока сопровождается испусканием света. Это происходит при сильном нагреве проводника до высоких температур (нить накала в лампе), при прохождении тока через разреженные газы (неоновые лампы) или через полупроводниковые структуры (светодиоды).
• Физиологическое действие: Проходя через живые организмы, электрический ток оказывает воздействие на ткани, вызывая сокращение мышц и раздражение нервных клеток. Это действие может быть как опасным для жизни (электротравма), так и полезным, применяемым в медицине (например, в физиотерапии).

Ответ: В цепи с электрическим током наблюдаются тепловое, магнитное, химическое, световое и физиологическое явления (действия).

2. Приведите примеры магнитных явлений.

Магнитные явления — это широкий класс явлений, обусловленных магнитными полями и их взаимодействием с веществом. К ним относятся:

• Взаимодействие постоянных магнитов: Притяжение разноименных полюсов (N и S) и отталкивание одноименных полюсов (N и N, S и S).
• Существование магнитного поля Земли: Наша планета обладает собственным магнитным полем, благодаря которому стрелка компаса ориентируется в направлении север-юг. Это поле также защищает Землю от потоков заряженных частиц из космоса.
• Полярные сияния: Свечение верхних слоев атмосферы, возникающее в результате взаимодействия заряженных частиц солнечного ветра с магнитным полем Земли.
• Действие магнитного поля на проводник с током: На проводник, по которому течет ток, в магнитном поле действует сила Ампера. Этот принцип используется в электродвигателях.
• Электромагнитная индукция: Возникновение электрического тока в замкнутом контуре при изменении пронизывающего его магнитного потока. На этом явлении основана работа электрогенераторов и трансформаторов.
• Магнитные свойства веществ: Способность материалов намагничиваться под действием магнитного поля. Наиболее ярко это свойство проявляется у ферромагнетиков (железо, никель, кобальт), которые могут становиться сильными постоянными магнитами.

Ответ: Примерами магнитных явлений являются притяжение и отталкивание магнитов, ориентация стрелки компаса в магнитном поле Земли, полярные сияния, работа электродвигателей и генераторов, способность железа притягиваться к магниту.

2. Приведите примеры магнитных явлений.

2. Магнитные явления — это явления, обусловленные свойствами магнитов, а также возникновением и взаимодействием магнитных полей, создаваемых движущимися электрическими зарядами (электрическим током).

Примеры магнитных явлений:

• Взаимодействие постоянных магнитов. Наиболее очевидное проявление магнетизма — притяжение разноименных полюсов (северного и южного) и отталкивание одноименных полюсов (северного с северным или южного с южным) у двух магнитов.
• Существование магнитного поля Земли. Наша планета обладает собственным магнитным полем, которое простирается далеко в космос. Это поле ориентирует стрелку компаса в направлении север-юг и защищает Землю от потоков заряженных частиц от Солнца (солнечного ветра).
• Возникновение магнитного поля вокруг проводника с током. Любой электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. Это явление, открытое Эрстедом, лежит в основе работы электромагнитов, которые широко применяются в технике (например, в подъемных кранах, электрических звонках, реле).
• Действие магнитного поля на проводник с током (сила Ампера). Если проводник, по которому течет ток, поместить в магнитное поле, на него начнет действовать сила. Это явление используется в электродвигателях для преобразования электрической энергии в механическую.
• Электромагнитная индукция. При изменении магнитного поля, пронизывающего замкнутый проводящий контур, в нем возникает электрический ток. Это фундаментальное явление, открытое Фарадеем, является принципом работы всех электрогенераторов, вырабатывающих электричество на электростанциях.
• Магнитные бури и полярные сияния. Вспышки на Солнце вызывают мощные потоки заряженных частиц, которые, достигая Земли, взаимодействуют с ее магнитным полем. Это приводит к его сильным возмущениям (магнитным бурям) и вызывает свечение верхних слоев атмосферы в приполярных областях — полярные сияния.
• Магнитная запись информации. Способность некоторых материалов (ферромагнетиков) намагничиваться используется для хранения информации на жестких дисках, магнитных лентах и банковских картах.

Ответ: Примерами магнитных явлений являются: взаимодействие постоянных магнитов, существование магнитного поля Земли и работа компаса, возникновение магнитного поля вокруг проводников с током (электромагниты), действие магнитного поля на ток (электродвигатели), явление электромагнитной индукции (электрогенераторы), магнитные бури и полярные сияния, магнитная запись информации.

3. В чём состоит опыт Эрстеда?

2. Приведите примеры магнитных явлений.

Магнитные явления — это явления, связанные с возникновением и взаимодействием магнитных полей. Вот несколько примеров:

• Взаимодействие постоянных магнитов. Это самое известное магнитное явление. Одноимённые полюса магнитов (северный с северным, южный с южным) отталкиваются, а разноимённые (северный с южным) — притягиваются. Это свойство используется в магнитных замках, креплениях, игрушках.
• Магнитное поле Земли. Наша планета является гигантским магнитом. Её магнитное поле защищает всё живое от вредного космического излучения (солнечного ветра) и позволяет ориентироваться с помощью компаса. Стрелка компаса всегда указывает на магнитные полюса Земли.
• Действие электромагнитов. Электромагнит — это устройство, создающее магнитное поле при протекании через него электрического тока. Он состоит из катушки с проводом, часто с железным сердечником внутри. Электромагниты используются в электродвигателях, реле, громкоговорителях, а также в мощных грузоподъёмных кранах на металлургических заводах.
• Электромагнитная индукция. Это явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него. На этом принципе основана работа всех электрогенераторов, которые преобразуют механическую энергию в электрическую, и трансформаторов.

Ответ: Примерами магнитных явлений являются взаимное притяжение и отталкивание магнитов, ориентация стрелки компаса в магнитном поле Земли, создание магнитного поля катушкой с током (электромагниты) и возникновение тока в проводнике при изменении внешнего магнитного поля (электромагнитная индукция).

3. В чём состоит опыт Эрстеда?

Опыт Эрстеда — это фундаментальный эксперимент, проведённый датским физиком Гансом Христианом Эрстедом в 1820 году. Этот опыт впервые продемонстрировал связь между электричеством и магнетизмом.

Суть опыта заключается в следующем:

1. Над магнитной стрелкой компаса или рядом с ней располагался прямой металлический проводник. В исходном состоянии, когда ток в проводнике отсутствовал, стрелка компаса указывала направление на северный магнитный полюс Земли.
2. Затем проводник подключали к источнику тока (гальваническому элементу). Как только по проводу начинал течь электрический ток, магнитная стрелка тут же отклонялась от своего первоначального положения и устанавливалась перпендикулярно проводнику.
3. При размыкании цепи (прекращении тока) стрелка возвращалась в исходное положение.
4. Если изменить направление тока в проводнике на противоположное, то стрелка снова отклонялась, но уже в другую сторону.

Из этого опыта Эрстед сделал революционный вывод: электрический ток порождает вокруг себя магнитное поле, которое и действует на магнитную стрелку, заставляя её отклоняться.

Ответ: Опыт Эрстеда заключается в наблюдении за поведением магнитной стрелки, расположенной вблизи проводника. При пропускании электрического тока через проводник стрелка отклоняется, что доказывает существование магнитного поля вокруг проводника с током.

4. Какая связь существует между электрическим током и магнитным полем?

Связь между электрическим током и магнитным полем является двусторонней и составляет основу единой теории электромагнетизма. Эта связь проявляется в двух ключевых аспектах:

1. Электрический ток порождает магнитное поле. Как показал опыт Эрстеда, любой проводник с током (то есть, любое направленное движение электрических зарядов) создаёт в окружающем пространстве магнитное поле. Линии этого поля представляют собой замкнутые кривые, охватывающие проводник. Это свойство используется для создания электромагнитов.

2. Магнитное поле действует на электрический ток. Если проводник с током поместить в магнитное поле, то на него будет действовать сила, называемая силой Ампера. Величина и направление этой силы зависят от силы тока, индукции магнитного поля и их взаимного расположения. Математически сила, действующая на элемент проводника длиной $dl$ с током $I$ в магнитном поле $\vec{B}$, выражается как $d\vec{F} = I[d\vec{l} \times \vec{B}]$. Это явление лежит в основе работы электродвигателей, которые преобразуют электрическую энергию в механическую.

Кроме того, эта связь имеет и динамический характер: переменное во времени магнитное поле, в свою очередь, порождает электрическое поле (явление электромагнитной индукции, открытое Фарадеем). Таким образом, электрические и магнитные поля неразрывно связаны и могут взаимно порождать друг друга, что делает возможным существование электромагнитных волн (свет, радиоволны).

Ответ: Связь между электрическим током и магнитным полем двусторонняя: с одной стороны, электрический ток создаёт вокруг себя магнитное поле, а с другой — магнитное поле оказывает силовое воздействие на проводник с током. Эта неразрывная связь является фундаментальным свойством природы.

4. Какая связь существует между электрическим током и магнитным полем?

...в чем состоит опыт Эрстеда?

Опыт Эрстеда — это фундаментальный эксперимент в области электромагнетизма, проведенный датским физиком Гансом Христианом Эрстедом в 1820 году. Этот опыт впервые экспериментально продемонстрировал существование связи между электрическими и магнитными явлениями.

Суть опыта заключается в следующем:

• Над или под магнитной стрелкой компаса, которая в отсутствие других магнитных полей ориентирована вдоль магнитного поля Земли (с севера на юг), располагался прямой металлический проводник.
• Проводник подключался к источнику постоянного тока (в опытах Эрстеда это был вольтов столб).
• В момент замыкания цепи, когда по проводнику начинал течь электрический ток, магнитная стрелка отклонялась от своего первоначального положения. Она стремилась расположиться перпендикулярно проводнику.
• При размыкании цепи (прекращении тока) стрелка возвращалась в исходное положение.
• Если изменить направление тока на противоположное, стрелка отклонялась в другую сторону, также стремясь занять перпендикулярное положение.

Из этих наблюдений Эрстед сделал важнейший вывод: электрический ток порождает вокруг себя магнитное поле. Именно это поле и действует на магнитную стрелку, вызывая ее поворот. Таким образом, опыт Эрстеда доказал, что электричество и магнетизм — это не изолированные друг от друга явления, а проявления единого электромагнитного взаимодействия.

Ответ: Опыт Эрстеда состоит в демонстрации отклонения магнитной стрелки под действием проводника, по которому протекает электрический ток. Этот опыт доказывает, что вокруг любого проводника с током существует магнитное поле.

4. Какая связь существует между электрическим током и магнитным полем?

Связь между электрическим током и магнитным полем является фундаментальной, двусторонней и лежит в основе всего учения об электромагнетизме. Эта связь проявляется в двух ключевых явлениях:

1. Электрический ток порождает магнитное поле. Любое упорядоченное движение электрических зарядов (то есть электрический ток) создает в окружающем пространстве магнитное поле. Это явление было открыто Гансом Христианом Эрстедом. Силовые линии этого магнитного поля являются замкнутыми кривыми, охватывающими проводник с током. Направление линий магнитной индукции $ \vec{B} $ можно определить по правилу правой руки: если большой палец правой руки направить по току, то остальные четыре пальца, обхватывающие проводник, укажут направление силовых линий магнитного поля.
2. Изменяющееся магнитное поле порождает электрический ток. Переменное во времени магнитное поле создает в пространстве вихревое электрическое поле. Если в это поле поместить замкнутый проводящий контур, то электрическое поле вызовет в нем направленное движение зарядов — индукционный электрический ток. Это явление называется электромагнитной индукцией и было открыто Майклом Фарадеем в 1831 году. Электродвижущая сила (ЭДС) индукции, согласно закону Фарадея, прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока $ \Phi $, пронизывающего контур: $ \mathcal{E}_{i} = - \frac{d\Phi}{dt} $.

Таким образом, электрические и магнитные поля неразрывно связаны. Они являются двумя компонентами единого электромагнитного поля. Эта взаимосвязь — движущиеся заряды создают магнитное поле, а переменное магнитное поле порождает электрическое поле — является краеугольным камнем классической электродинамики и полностью описывается системой уравнений Максвелла.

Ответ: Связь между электрическим током и магнитным полем двусторонняя: с одной стороны, электрический ток всегда создает вокруг себя магнитное поле; с другой стороны, переменное магнитное поле способно создавать электрический ток в замкнутом проводнике (явление электромагнитной индукции).