Эксперимент в классе, страница 221 - гдз по физике 8 класс учебник Закирова, Аширов

Проведите опыт по обнаружению индукционного тока с использованием катушки с током. Убедитесь, что при включении и отключении тока в другой катушке, соединенной с гальванометром появляется индукционный ток.

Для проведения опыта по обнаружению индукционного тока с использованием катушки с током необходимо выполнить следующие шаги и использовать соответствующее оборудование.

Оборудование

1. Две катушки (первичная и вторичная). Желательно, чтобы одна катушка вставлялась в другую или обе надевались на общий сердечник.

2. Гальванометр – чувствительный прибор для обнаружения слабого электрического тока.

3. Источник постоянного тока (например, батарея или лабораторный блок питания).

4. Ключ (выключатель) для замыкания и размыкания цепи.

5. Соединительные провода.

6. Железный сердечник (для усиления магнитного поля).

Ход опыта

1. Сборка первичной цепи. Последовательно соединяем источник тока, ключ и первую катушку (первичную). Эта цепь будет создавать магнитное поле.

2. Сборка вторичной цепи. К выводам второй катушки (вторичной) подключаем гальванометр. В этой цепи мы будем наблюдать индукционный ток.

3. Подготовка к наблюдению. Вставляем одну катушку в другую, желательно на общий железный сердечник, чтобы усилить магнитную связь между ними.

4. Замыкание цепи. Замыкаем ключ в первичной цепи. В этот самый момент наблюдаем за стрелкой гальванометра. Мы увидим, что стрелка кратковременно отклонится в одну сторону, а затем вернется в исходное (нулевое) положение.

5. Размыкание цепи. Спустя некоторое время, когда в первичной цепи течет постоянный ток, размыкаем ключ. В момент размыкания мы снова наблюдаем за гальванометром. Его стрелка снова кратковременно отклонится, но на этот раз в противоположную сторону, после чего вернется в нулевое положение.

Объяснение и выводы

Наблюдаемые явления являются проявлением электромагнитной индукции.

• В момент включения тока: Ток в первичной катушке нарастает от нуля до некоторого постоянного значения. Нарастающий ток создает вокруг себя изменяющееся во времени магнитное поле. Это переменное магнитное поле пронизывает витки вторичной катушки, создавая в ней изменяющийся магнитный поток $ \Delta\Phi $. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, изменение магнитного потока во времени $ \Delta t $ порождает в замкнутом контуре электродвижущую силу (ЭДС) индукции $ \mathcal{E}_{ind} $, которая и создает кратковременный индукционный ток: $ \mathcal{E}_{ind} = -N \frac{\Delta\Phi}{\Delta t} $ где $ N $ — число витков в катушке. Как только ток в первичной цепи становится постоянным, магнитное поле перестает изменяться, магнитный поток становится постоянным ($ \Delta\Phi=0 $), и индукционный ток исчезает.

• В момент выключения тока: Ток в первичной катушке спадает до нуля. Это снова создает изменяющееся (теперь уже убывающее) магнитное поле и, следовательно, изменяющийся магнитный поток через вторичную катушку. Это изменение потока опять порождает индукционный ток. Согласно правилу Ленца (которое отражено знаком "минус" в формуле), индукционный ток всегда направлен так, чтобы своим магнитным полем противодействовать изменению магнитного потока, который его вызвал. При нарастании потока он направлен в одну сторону, а при убывании — в противоположную. Именно поэтому стрелка гальванометра отклоняется в другую сторону.

Таким образом, опыт убедительно доказывает, что индукционный ток во вторичной катушке возникает только в моменты изменения тока в первичной катушке, то есть при включении и отключении, так как именно в эти моменты происходит изменение магнитного потока.

Ответ: Опыт подтверждает, что при включении и отключении тока в одной катушке (первичной) в другой, соединенной с гальванометром (вторичной), появляется индукционный ток. Это происходит потому, что изменение тока в первичной катушке создает переменное магнитное поле, которое, в свою очередь, порождает изменяющийся магнитный поток через вторичную катушку. Согласно закону электромагнитной индукции, именно изменение магнитного потока является причиной возникновения ЭДС индукции и индукционного тока. В моменты замыкания и размыкания цепи стрелка гальванометра кратковременно отклоняется, что доказывает появление тока. При этом направления отклонений противоположны, что соответствует правилу Ленца.