Экспериментальное задание, страница 214 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Из проволоки и железных стержней изготовьте электромагнит. Для намотки проволоки можно использовать бобины катушек ниток, в качестве стержней толстые гвозди. Испытайте действие электромагнита, соединив его с гальваническим элементом.

Материалы и оборудование

Для выполнения данного задания понадобятся следующие материалы и инструменты:

1. Источник тока: гальванический элемент или батарейка (например, типа АА, ААА на 1.5 В или плоская батарейка на 4.5 В).

2. Сердечник: длинный железный гвоздь (10–15 см), болт или любой другой стержень из магнитомягкой стали.

3. Обмотка: медная проволока в лаковой изоляции (диаметром 0.2–0.5 мм) длиной не менее 1-2 метров. Чем длиннее проволока, тем больше витков можно сделать и тем сильнее будет электромагнит.

4. Каркас (необязательно): бобина от катушки ниток, которую можно надеть на гвоздь для более аккуратной намотки.

5. Инструменты: нож или наждачная бумага для зачистки концов проволоки.

6. Объекты для испытания: мелкие металлические предметы (канцелярские скрепки, кнопки, маленькие гвоздики, железные опилки).

7. Изоляционный материал (необязательно, но рекомендуется): изолента или скотч для фиксации витков и концов провода.

Ответ: Для сборки электромагнита потребуются: батарейка, железный гвоздь, медная проволока в изоляции, инструмент для зачистки и мелкие металлические предметы для проверки его действия.

Порядок выполнения работы

1. Подготовка: Возьмите железный гвоздь. Если вы используете бобину от ниток, наденьте ее на гвоздь. Это будет каркас вашей катушки.

2. Намотка катушки: Оставьте свободным один конец провода длиной около 10-15 см. Начиная от шляпки гвоздя, начните плотно, виток к витку, наматывать проволоку на гвоздь (или на каркас). Старайтесь, чтобы витки ложились ровно и в одном направлении. Можно наматывать несколько слоев. Чем больше общее число витков, тем сильнее будет магнитное поле. Закончив намотку, оставьте второй конец провода такой же длины, как и первый. Закрепите последний виток скотчем или изолентой, чтобы катушка не размоталась.

3. Подготовка контактов: Аккуратно зачистите концы проволоки (примерно на 1-2 см) от лаковой изоляции с помощью ножа или наждачной бумаги до появления металлического блеска. Это необходимо для создания надежного электрического контакта.

4. Сборка и испытание: Прижмите зачищенные концы проволоки к полюсам батарейки. Электромагнит готов. Поднесите его к заранее подготовленным мелким металлическим предметам. Вы должны наблюдать, как скрепки и гвоздики притягиваются к сердечнику электромагнита.

5. Проверка: Отсоедините один из проводов от батарейки. Электрическая цепь разомкнется, ток перестанет течь. Снова поднесите гвоздь к скрепкам. Вы увидите, что они упадут. Это демонстрирует, что магнитные свойства проявляются только тогда, когда по обмотке течет электрический ток. Обратите внимание: гвоздь может сохранить слабую остаточную намагниченность.

Предупреждение: Не держите электромагнит подключенным к батарейке слишком долго, так как обмотка может нагреться, а батарейка быстро разрядится.

Ответ: Чтобы изготовить и испытать электромагнит, нужно намотать изолированную проволоку на гвоздь, зачистить ее концы и подключить к батарейке. При подключении к источнику тока гвоздь приобретает магнитные свойства и притягивает мелкие металлические предметы. При отключении тока магнитные свойства практически полностью исчезают.

Объяснение явления

В основе работы электромагнита лежит явление электромагнетизма. Когда по проводнику (в нашем случае по виткам проволоки) протекает электрический ток, вокруг него возникает магнитное поле. Если провод свернуть в катушку (соленоид), магнитные поля от каждого витка складываются внутри, создавая сильное, направленное вдоль оси катушки, магнитное поле.

Железный сердечник (гвоздь), помещенный внутрь катушки, является ферромагнетиком. Ферромагнетики обладают способностью сильно намагничиваться во внешнем магнитном поле. Магнитное поле катушки ориентирует внутренние микроскопические магниты (домены) в железе, в результате чего сердечник сам становится сильным магнитом. Его собственное магнитное поле складывается с полем катушки, многократно усиливая суммарный магнитный эффект.

Сила электромагнита, характеризуемая магнитной индукцией $B$, прямо пропорциональна силе тока $I$ в обмотке и числу витков на единицу длины катушки $n$. Также она зависит от материала сердечника, что описывается его магнитной проницаемостью $\mu$. Для длинного соленоида с сердечником это выражается формулой:

$B = \mu \mu_0 n I$

где $\mu_0$ – магнитная постоянная, а $\mu$ – относительная магнитная проницаемость сердечника. Для железа $\mu$ может достигать нескольких тысяч, что и объясняет значительное усиление поля.

Когда цепь размыкается, электрический ток прекращается, магнитное поле катушки исчезает, и железный сердечник (будучи магнитомягким материалом) почти полностью размагничивается, теряя свои магнитные свойства.

Ответ: Действие электромагнита основано на создании магнитного поля электрическим током, текущим по обмотке. Железный сердечник, помещенный в это поле, намагничивается и многократно его усиливает, что позволяет притягивать металлические предметы. Магнитные свойства исчезают при отключении тока.