Страница 189 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин

Спланируйте и проведите опыт Эрстеда в домашних условиях. Снимите домашний эксперимент на видео или сделайте фотографии.

Опыт Эрстеда демонстрирует фундаментальную связь между электричеством и магнетизмом, а именно то, что электрический ток создает вокруг себя магнитное поле. Этот исторический эксперимент можно легко и безопасно воспроизвести в домашних условиях.

Цель эксперимента

Обнаружить магнитное поле, создаваемое электрическим током в прямолинейном проводнике, и исследовать его свойства.

Необходимое оборудование

• Источник тока: Батарейка типа D (LR20, "бочка") или батарейка на 9 В ("Крона"). Подойдет и несколько пальчиковых батареек (AA), соединенных последовательно. Важно, чтобы источник мог дать достаточный ток, но был безопасен. Не используйте розетку или автомобильный аккумулятор!
• Проводник: Кусок изолированного медного провода длиной 30-50 см. Чем толще провод, тем лучше (меньше сопротивление и нагрев).
• Индикатор магнитного поля: Обычный туристический или школьный компас.
• Дополнительно: Изолента для фиксации контактов.

Техника безопасности

Внимание! При подключении провода напрямую к полюсам батарейки происходит короткое замыкание. Проводник и батарейка могут сильно нагреться.

1. Не держите цепь замкнутой дольше нескольких секунд. Подключайте провод к батарейке только на время наблюдения за отклонением стрелки компаса.
2. Будьте осторожны, провод может нагреться. Не трогайте оголенные концы провода во время эксперимента.
3. Работайте на неметаллической поверхности (деревянный стол, пластиковый поднос).

Порядок проведения эксперимента (Ход работы)

1. Подготовка: Положите компас на ровную горизонтальную поверхность вдали от металлических предметов и других источников магнитных полей. Дождитесь, пока стрелка компаса успокоится и укажет направление на север.
2. Начальное положение: Расположите проводник над стеклом компаса, строго параллельно магнитной стрелке. Провод пока не подключен к батарейке. Убедитесь, что стрелка не отклоняется, показывая отсутствие внешних полей.
   Фото/видео 1: Сделайте снимок или короткое видео начальной установки: компас и провод над ним, стрелка указывает на север, цепь разомкнута.
3. Замыкание цепи: Кратковременно (на 2-3 секунды) подключите концы провода к полюсам батарейки. Наблюдайте за поведением стрелки компаса. Вы увидите, что она отклонится от своего первоначального положения и повернется почти перпендикулярно проводу.
   Фото/видео 2: Зафиксируйте момент, когда цепь замкнута, и стрелка компаса отклонилась.
4. Размыкание цепи: Отключите провод от батарейки. Стрелка компаса вернется в свое исходное положение, снова указывая на север.
5. Изменение направления тока: Теперь поменяйте полярность подключения. Подключите концы провода к противоположным полюсам батарейки. Снова замкните цепь на короткое время.
6. Наблюдение: Заметьте, что стрелка компаса вновь отклонилась, но уже в противоположную сторону по сравнению с шагом 3.
   Фото/видео 3: Сделайте снимок или видео, показывающее отклонение стрелки в другую сторону при смене полярности.
7. Дополнительное исследование (по желанию): Повторите опыт, расположив провод под компасом. Эффект сохранится, но стрелка будет отклоняться в противоположные стороны по сравнению с расположением провода над компасом (при том же направлении тока).

Объяснение результатов

Когда по проводнику течет электрический ток (направленное движение заряженных частиц), вокруг него возникает магнитное поле. Магнитная стрелка компаса сама является маленьким магнитом и реагирует на это поле, стремясь расположиться вдоль его силовых линий.

Линии индукции магнитного поля прямого тока представляют собой концентрические окружности, лежащие в плоскости, перпендикулярной проводнику. Направление этих линий можно определить с помощью правила правой руки (или правила буравчика): если большой палец правой руки направить по току в проводнике, то четыре согнутых пальца укажут направление линий магнитного поля.

Когда мы меняем направление тока (меняя полярность батарейки), направление вектора магнитной индукции $ \vec{B} $ также меняется на противоположное. Именно поэтому стрелка компаса отклоняется в другую сторону.

Величина индукции магнитного поля, создаваемого бесконечно длинным прямым проводником с током $ I $ на расстоянии $ r $ от него, определяется законом Био-Савара-Лапласа и равна: $ B = \frac{\mu_0 I}{2 \pi r} $ где $ \mu_0 $ — магнитная постоянная. Чем больше ток $ I $ и чем ближе к проводу (меньше $ r $), тем сильнее магнитное поле и тем заметнее отклонение стрелки.

Ответ:

В ходе эксперимента было установлено, что при пропускании электрического тока через проводник вокруг него создается магнитное поле, которое вызывает отклонение магнитной стрелки компаса. Направление отклонения стрелки зависит от направления тока в проводнике. При изменении направления тока на противоположное, стрелка компаса также отклоняется в противоположную сторону. Это подтверждает фундаментальный вывод опыта Эрстеда: электрический ток является источником магнитного поля.