Дослід Ерстеда. Дослід ерстеда

Дослід Ерстеда

Дослід Ерстеда - класичний досвід, проведений в 1820 році Ерстед і є першим експериментальним доказом впливу електричних струмів на магніти [1].

1. Суть досвіду

Ганс Християн Ерстед поміщав над магнітною стрілкою прямолінійний металевий провідник, спрямований паралельно стрілці. При пропущенні через провідник електричного струму стрілка поверталася майже перпендикулярно провіднику. При зміні напрямку струму стрілка розгорталася на 180 . Аналогічний розворот спостерігався, якщо провід переносився на інший бік, розташовуючись не над, а під стрілкою.

Прийнято вважати, що це відкриття було зовсім випадково: професор Ерстед демонстрував студентам досвід з теплового впливу електричного струму, при цьому на експериментальному столі знаходилася також і магнітна стрілка. Один зі студентів звернув увагу професора на те, що в момент замикання електричного кола стрілка трохи відхилялася. Пізніше Ерстед повторив досвід з більш потужними батареями, посиливши тим самим ефект. При цьому сам він у своїх пізніх роботах спростовував випадковий характер відкриття: "Усі присутні в аудиторії - свідки того, що я заздалегідь оголосив про результат експерименту. Відкриття, таким чином, не було випадковістю ..." [2].

2. Пояснення досвіду

Згідно сучасним уявленням, при протіканні через прямолінійний провідник електричного струму в просторі навколо нього виникає магнітне поле, силові лінії якого являють собою окружності з центром на осі провідника. При цьому величина магнітного поля пропорційна силі струму, поточного в провіднику, і обернено пропорційна відстані до провідника [3] :

$B = \ frac {2i} {cr}$

де B - модуль вектора індукції магнітного поля, i - сила струму, r - відстань від точки спостереження до провідника, c - швидкість світла (тут використано запис в гауссових системі одиниць).

При приміщенні в магнітне поле речовини, що має ненульовий магнітний момент ( магніту), на нього починає діяти момент сили Лоренца, пропорційний індукції магнітного поля і величиною магнітного моменту, а також синусу кута між їх векторами [4] :

$M = Bp_m \ sin \ alpha$

де M - модуль вектора моменту сил, що діють на магнітний момент, p_m - Величина магнітного моменту, $\ Alpha$ - Кут між векторами $\ Vec B$ і $\ Vec p_m$ .

Момент сил прагне вибудувати магнітну стрілку паралельно напрямку вектора магнітної індукції, тобто перпендикулярно провіднику зі струмом. Цей ефект тим сильніше, чим вище сила струму в провіднику і чим більше сила магніту. На практиці дії магнітної сили протистоять сили тертя в точці кріплення магнітною стрілкою, тому ефект може бути слабко виражений.

3. Роль досвіду в історії фізики

Описаний 21 липня 1820 року у короткій статті " Experimenta circa effectum conflictus electrici in acum magneticam " [5] досвід став першим експериментальним доказом взаємозв'язку електричних і магнітних явищ.

znaimo.com.ua

Дослід Ерстеда. Індукція магнітного поля » mozok.click

Довгий час електричні та магнітні явища розглядалися як не пов’язані між собою. Уперше зв’язок між ними встановив дат-ськин фізик Ганс Крістіан Ерстед. Виконуючи дослід у 1820 p., він помітив, що магнітна стрілка, розміщена над або під провідником (мал. 19, а), під час замикання кола повертається н розміщується манже перпендикулярно до провідника (мал. 19, б).

Якщо електричне коло розімкнути, то стрілка повернеться в попереднє положення. Цен дослід свідчить про те, що електричнин струм якимось чином діє на магнітну стрілку. Отже, між електричними та магнітними явищами існує певнин зв’язок.

У досліді Ерстеда вперше було виявлено магнітне поле струму. Насправді, якщо провідник з електричним струмом діє на магнітну стрілку, то слід вважати, що навколо цього провідника існує магнітне поле.

Навколо будь-якого провідника зі струмом існує магнітне поле.

Оскільки електричнин струм - це напрямленин рух електрично заряджених частинок, то доходимо висновку, що навколо будь-якої рухомої зарядженої частинки існують разом магнітне поле й електричне поле. Навколо нерухомих зарядів є тільки електричне поле.

Для дослідження магнітного поля струму скористаємося методом спектрів, якин ми застосовували для виявлення магнітного поля постінних магнітів.

Дослід 1. Крізь отвір у горизонтально розміщеному аркуші картону пропустимо вертикальнин провідник зі струмом (мал. 20). Притрусимо картон залізними ошурками н замкнемо коло. У результаті досліду ми побачимо, що ошурки розмістилися навколо провідника концентричними колами. Якщо ошурки замінити магнітними стрілками, то вони розміщуються так, як показано на малюнку 20, а.

Тут зображено вид зверху на картон з ланцюжками ошурок. Круг у центрі - поперечний переріз провідника зі струмом. У ньому хрестиком позначено струм у напрямку за картон (наче хвостове оперення стріли від лука, що летить від нас). Точкою у крузі позначено струм у напрямку із-за картону (наче накінечник стріли, що летить на нас).

З результатів досліду бачимо, що властивості магнітного поля струму такі самі, як у магнітного поля постійного магніту. Тому можна повторити висновки щодо графічного зображення магнітного поля, пам’ятаючи, що його джерелом можуть бути і постійний магніт, і електричний струм.

Уявні лінії, уздовж яких у магнітному полі розміщуються поздовжні осі маленьких магнітних стрілок, називають лініями магнітного поля (магнітними силовими лініями).

Напрямок, який показує північний полюс магнітної стрілки в кожній точці поля, прийнято за напрямок лінії магнітного поля. У магнітному полі залізні або сталеві ошурки показують форму магнітних ліній цього поля.

Лінії магнітного поля струму — це замкнені лінії, які оточують провідник зі струмом.

Виконаємо попередній дослід, але змінимо напрямок струму в провіднику на протилежний. Виявиться, що всі магнітні стрілки повернуться на 180° (мал. 20, б). Напрямок ліній магнітного поля струму пов’язаний з напрямком струму в провіднику, на практиці його можна встановити за правилом свердлика (мал. 20, в).

Якщо напрямок поступального руху свердлика збігається з напрямком струму, то напрямок обертання ручки свердлика збігається з напрямком магнітних силових ліній.

Дослід 2. Візьмемо довгий прямий ізольований провід, намотаємо його на дерев’яну або пластмасову котушку. Приєднаємо її до джерела струму. У котушці проходитиме електричний струм і до її кінців притягуватимуться залізні предмети, наприклад гвинт (мал. 21).

Дослід 3. Підвісимо котушку зі струмом на довгих тонких та гнучких провідниках. Якщо поблизу немає магнітних матеріалів або інших магнітних полів, то котушка встановиться у просторі так, як магнітна стрілка компаса: один бік котушки буде повернутий на північ, другий - на південь (мал. 22).

Котушка зі струмом має два магнітних полюси: північний N і південний S.

Дослід 4. На пластинку з оргскла (мал. 23, а) покладемо залізні ошурки й по котушці пропустимо електричний струм. Ошурки зорієнтуються в певному порядку. Лінії магнітного поля котушки зі струмом є також замкненими кривими. Вважають, що поза котушкою вони напрямлені від північного полюса котушки до південного (мал. 23, б). Магнітне поле котушки зі струмом дуже подібне до магнітного поля штабового магніту (мал. 23, в).

На малюнку 22, б показано, як відштовхуються постійний магніт і котушка зі струмом, оскільки вони розміщені однойменними полюсами одне до одного.

З’ясуємо тепер, від чого залежить сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом.

Дослід 5. Прикріпимо котушку 1 (мал. 24) до чутливого динамометра 3, розмістивши її всередині нерухомої котушки 2 із сильним постійним магнітним полем. Пропустимо по обох котушках струми однакового напрямку. Котушка 1 буде втягуватися всередину котушки 2, пружина динамометра розтягуватиметься, вимірюючи силу взаємодії струмів.

Будемо пропускати через котушку 1 струми І, 2І, ЗІ ... . Тоді сила, з якою діє на неї магнітне поле котушки 2, дорівнює відповідно F, 2F, 3F ... . Отже, сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом, прямо пропорційна силі струму у провіднику: F ~ І.

Змінюючи довжину провідника, намотаного на котушку 1, аналогічно можна переконатися, що F ~ І, де І -довжина провідника, який розміщений у магнітному полі.

Крім того, сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом, залежить від властивостей самого поля. Різні магнітні поля на один і той самий провідник діють неоднаково. Ця залежність характеризується величиною, яка отримала назву індукції магнітного поля (позначають літерою В). Що більша індукція магнітного поля, то з більшою силою воно діє на перпендикулярний провідник зі струмом: F ~ В. Об’єднуючи результати дослідів, отримуємо:

Із цього співвідношення визначаємо індукцію магнітного поля:

Таким чином, індукція магнітного поля визначається силою, з якою магнітне поле діє на провідник довжиною 1 м, по якому проходить струм 1 А. Тоді одиницею індукції магнітного поля в СІ є:

За одиницю індукції магнітного поля 1 тесла (1 Тл) приймається індукція такого магнітного поля, яке на кожний 1 м довжини провідника зі струмом 1 А діє силою 1 Н.

Одиниця індукції магнітного поля названа на честь сербського фізика й електротехніка Ніколи Тесли (1856-1943).

Індукція магнітного поля є величиною векторною: вона має не тільки числове значення, але й напрямок. Визначення напрямку індукції магнітного поля ґрунтується на такому дослідному факті.

Як відомо, магнітна стрілка в магнітному полі повертається. Отже, з боку магнітного поля на неї діють сили. У стані спокою ці сили напрямлені по одній прямій, але в протилежні боки.

Тому за напрямок індукції магнітного поля приймають напрямок сили, що діє з боку магнітного поля в напрямку північного полюса магнітної стрілки.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1. Які явища спостерігаються в колах під час проходження електричного струму?

2. Опишіть, у чому полягає дослід Ерстеда.

3. На вашу думку, що є єдиним джерелом магнітного поля?

4. Чому для вивчення магнітного поля можна використати залізні ошурки?

5. Як розміщуються ошурки в магнітному полі прямого струму?

6. У якому напрямку встановлюється котушка зі струмом, підвішена на довгих тонких провідниках? У чому вона подібна до магнітної стрілки?

7. Від чого залежить сила, з якою діє магнітне поле на провідник зі струмом?

8. Що таке індукція магнітного поля?

9. Яка одиниця індукції магнітного поля в СІ?

Це матеріал з підручника Фізика 9 клас Сиротюк

mozok.click

Магнітні явища. Дослід Ерстеда. Магнітне поле » mozok.click

Ще в глибоку давнину було помічено здатність деяких залізних руд притягувати до себе залізні тіла. Давні греки називали шматки цих руд магнітними каменями, ймовірно, за назвою міста Магнеая, звідки привозили таку руду. Зараз їх називають природними магнітами. Існують також штучні магніти. Сьогодні ви ознайомитеся з деякими властивостями магнітів, дізнаєтесь про те, що магнітна взаємодія здійснюється через магнітне поле, а також про зв'язок магнітних та електричних явищ.

вивчаємо властивості постійних магнітів

Ще в 5 класі, вивчаючи курс природознавства, ви дізналися про магнітні явища та виявили, що деякі тіла мають властивість притягувати до себе залізні предмети й самі притягуються до них.

Тіла, які тривалий час зберігають магнітні властивості, називають постійними магнітами.

Першу спробу наукового підходу до вивчення магнетизму здійснив у ХІІІ ст. французький фізик П’єр Пелерен де Марікур (точні дати життя невідомі) у своєму трактаті «Послання про магніт». Більш системно властивості постійних магнітів дослідив Вільям Ґільберт (1544-1603) — англійський фізик і лікар, один із засновників науки про електрику. Наведемо основні із цих властивостей.

Основні властивості постійних магнітів
1. Магнітна дія магніту є різною на різних ділянках його поверхні; ділянки, де магнітна дія виявляється найсиль-ніше, називають полюсами магніту.	2. Магніт має два полюси — північний N і південний Я*. Неможливо одержати магніт тільки з одним полюсом.	3. Однойменні полюси магнітів відштовхуються, різнойменні — притягуються.	4. У разі нагрівання постійного магніту до певної температури, яку називають точкою Кюрі, його магнітні властивості зникають.

Дізнаємося про дослід Ерстеда і досліди Ампера

Ще вчені Давньої Греції висловлювали припущення, що магнітні й електричні явища пов’язані, проте встановити цей зв’язок учені змогли лише на початку XIX ст.

15 лютого 1820 р. данський фізик Ганс Крістіан Ерстед (1777-1851) демонстрував студентам дослід із нагріванням провідника електричним струмом. У ході досліду вчений помітив, що під час проходження струму магнітна стрілка, розташована поблизу провідника, відхиляється від напрямку «північ — південь» і встановлюється перпендикулярно до провідника (рис. 1.1). Як тільки струм припинявся, стрілка поверталася в початкове положення. Так було з’ясовано, що електричний струм чинить певну магнітну дію.

Французький математик і фізик Андре Марі Ампер (1775-1836) уперше почув про досліди Г. Ерстеда 4 вересня 1820 р. і вже за тиждень продемонстрував взаємодію двох паралельно розташованих провідників зі струмом (рис. 1.2). Ампер також показав, що котушки, в яких проходить електричний струм, поводяться як постійні магніти (рис. 1.3). Аналізуючи результати дослідів, учений дійшов висновку: оскільки провідники є електрично нейтральними (вони незаряджені), їхнє притягання або відштовхування не може пояснюватися дією електричних сил, — «поведінка» провідників є наслідком дії магнітних сил.

Даємо означення магнітного поля

У ході вивчення електричних явищ у 8 класі ви дізналися про те, що в просторі навколо зарядженого тіла існує поле, яке називають електричним, і що саме через це поле здійснюється електрична взаємодія між зарядженими тілами та частинками.

Навколо намагніченого тіла й навколо провідника зі струмом також існує поле — його називають магнітним. Магнітна взаємодія здійснюється з певною швидкістю через магнітне поле (першим такого висновку дійшов англійський фізик Майкл Фарадей (1791-1867)).

Розглянемо, наприклад, взаємодію постійного магніту й котушки зі струмом (рис. 1.3, б). Котушка зі струмом створює магнітне поле. Магнітне поле поширюється в просторі та починає діяти на постійний магніт (намагнічене тіло), — магніт відхиляється. Магніт теж створює власне магнітне поле, яке, у свою чергу, діє на котушку зі струмом, — і котушка теж відхиляється.

Зазначимо, що магнітне поле також існує навколо будь-якої рухомої зарядженої частинки та навколо будь-якого рухомого зарядженого тіла і діє з певною силою на заряджені тіла та частинки, які рухаються в магнітному полі.

Зверніть увагу: ми не можемо побачити магнітне поле, проте воно (як і електричне поле) є абсолютно реальним — це форма матерії.

Магнітне поле — це форма матерії, яка існує навколо намагнічених тіл, провідників зі струмом, рухомих заряджених тіл і частинок та діє на інші намагнічені тіла, провідники зі струмом, рухомі заряджені тіла й частинки, розташовані в цьому полі.

Поверніться до досліду Ерстеда (див. рис. 1.1) і досліду Ампера (див. рис. 1.2) і поясніть, як здійснюється магнітна взаємодія між магнітною стрілкою та провідником зі струмом; між двома провідниками зі струмом.

> Підбиваємо підсумки

Тіла, які тривалий час зберігають свої магнітні властивості, називають постійними магнітами.

Основні властивості постійних магнітів:

• магнітна дія магніту найсильніше виявляється поблизу його полюсів;

• однойменні полюси магнітів відштовхуються, а різнойменні — притягуються; неможливо одержати магніт тільки з одним полюсом;

• у разі нагрівання постійного магніту до певної температури (точка Кюрі) його магнітні властивості зникають.

Магнітна взаємодія здійснюється через магнітне поле. Магнітне поле — це форма матерії, яка існує навколо намагнічених тіл, провідників зі струмом, рухомих заряджених тіл і частинок та діє на розташовані в цьому полі намагнічені тіла, провідники зі струмом, рухомі заряджені тіла й частинки.

Контрольні запитання

1. Назвіть основні властивості постійних магнітів. 2. Опишіть дослід Г. Ерстеда. У чому суть його відкриття? 3. Опишіть досліди А. Ампера. Що вони доводять? 4. Біля яких об’єктів існує магнітне поле? На які об’єкти воно діє? 5. Дайте означення магнітного поля.

Вправа № 1 —

1. Магнітну стрілку розташували біля штабового магніту (рис. 1). Який полюс магніту є південним, а який — північним?

2. Сталеву спицю намагнітили та розділили кусачками спочатку на дві, а потім на чотири частини (рис. 2). Яку властивість магнітів демонструє цей дослід?

3. Чому залізні ошурки, притягнувшись до полюсів магніту, стирчать у різні боки (див. рисунок на с. 6)?

4. Чому звужується струмінь розплавленого металу, коли через нього пропускають струм?

5. Скориставшись додатковими джерелами інформації, дізнайтеся про історію відкриття Г. Ерстеда. Які дослідження він провів, вивчаючи магнітне поле провідника зі струмом? Які результати одержав?

* Експериментальні завдання

1. Скориставшись двома-трьома постійними магнітами, наприклад паличками магнітного конструктора, експериментально перевірте деякі властивості магнітів.

2. Візьміть кілька голок із нитками. Складіть нитки в один пучок і повільно піднесіть знизу до голок постійний магніт. Поясніть спостережуване явище (рис. 3).

Фізика і техніка в Україні

інститут магнетизму НАН і МОН України (Київ) — провідна наукова установа, що проводить дослідження в галузі магнетизму й магнітних матеріалів. Інститут є базовим у підготовці студентів фізико-математичного факультету НТУ «Київський політехнічний інститут», фізичного та радіофізичного факультетів КНУ ім. Тараса Шевченка.

Організатором і першим директором інституту в 1995 р. став видатний український фізик, академік, Герой України Віктор Григорович Бар'яхтар, відомий своїми фундаментальними роботами в галузі теоретичної фізики, фізики магнітних явищ, фізики твердого тіла, а також дослідженнями екологічних наслідків Чорнобильської катастрофи. Із 2016 р. інститут очолює член-кореспондент НАПНУ Юрій Іванович Горобець. В. Г. Бар'яхтар є почесним директором інституту.

В інституті розроблено матеріали для магнітних сенсорів і реєстраторів інформації, вирощено й синтезовано монокристали, які широко використовують в електроніці. Наукова установа володіє унікальною технологією та обладнанням для напилення тонких наноплівок.

Науково-дослідницький комплекс скануючої растрової та електронної мікроскопії для наноструктурних досліджень Інституту магнетизму віднесено до наукових об'єктів, які становлять національне надбання.

Це матеріал з підручника Фізика 9 клас Бар'яхтар, Довгий

mozok.click

Магнітні явища. Дослід Ерстеда » mozok.click

Ви дізнаєтесь

Про загальні особливості магнітних явищ Коли і як виникає магнітне поле

Пригадайте

Що вам відомо про магнітні явища У чому полягає магнітна дія електричного струму

Магнітні явища. Кожен з вас у дитинстві, мабуть, грався магнітом, спостерігаючи притягання до нього предметів із заліза. Це одне з магнітних явищ, які були відомі людству ще в часи стародавнього світу. Уперше речовини, що притягували до себе залізні предмети, були знайдені, ймовірно, у стародавньому місті Магнесія на півострові Мала Азія, оскільки слово «магніт» у перекладі з грецької означає «камінь з Магнесії».

Сучасна назва цієї речовини — магнітний залізняк (магнетит) (мал. 1).

За допомогою інтернет-ресурсів ви можете дослідити, де в Україні та світі є найбільші поклади магнітного залізняку; який його хімічний склад; які ще залізні руди існують.

Пригадаймо, що нам відомо про магнітні явища з уроків природознавства, фізики та життєвого досвіду. По-перше, магніти здатні притягувати до себе невеликі предмети із заліза (мал. 2, а), або навпаки — притягуватись до масивних залізних предметів (мал. 2, б).

По-друге, два магніти можуть притягуватись або відштовхуватись один від одного (мал. 3).

По-третє, наша планета Земля — це також величезний магніт (мал. 4).

Природа магнітної взаємодії. Тривалий час магнітні й електричні взаємодії вважали явищами, що не пов’язані між собою. І лише в 1820 р. данський учений Ганс Крістіан Ерстед виявив дію електричного струму на магнітну стрілку, що змусило вчених замислитися про взаємозв’язок між електричними й магнітними явищами. Ганс Ерстед демонстрував своїм студентам теплову дію електричного струму. Біля провідника, який нагрівався електричним струмом, випадково опинився компас. Один зі студентів помітив, що в момент замикання кола стрілка компаса змінювала орієнтацію в просторі, а в разі розмикання кола — поверталася в початкове положення. Зацікавлений студент попросив Ерстеда пояснити це явище. Однак професор не зміг цього зробити, бо ніколи раніше нічого подібного не спостерігав. До честі Ерстеда, він не відмахнувся від допитливого юнака, а повторив дослід і... зробив відкриття.

Розглянемо детальніше цей дослід. Складемо електричне коло із джерела струму, досліджуваного провідника, реостата й вимикача. Розташуємо досліджуваний провідник над магнітною стрілкою так, як показано на малюнку 5, а. Коли коло розімкнене, стрілка залишається паралельною провіднику.

У разі замикання кола магнітна стрілка відхиляється від свого початкового положення (мал. 5, б). При розмиканні кола магнітна стрілка повертається в початкове положення. Це означає, що провідник зі струмом і магнітна стрілка (магніт) взаємодіють одне з одним. До того ж, як вам відомо, взаємодія між тілами може відбуватись або завдяки контакту між ними, або за допомогою поля. У 8 класі ми вивчали електричне поле, яке

існує навколо електрично заряджених частинок. Але, як видно з досліду, пояснити взаємодію магнітної стрілки й провідника зі струмом існуванням електричного поля не можна, тому що електричне поле навколо провідника існує і в замкнутому, і в розімкнутому колі, а відхилення магнітної стрілки спостерігається лише в разі проходження через провідник електричного струму. Отже, навколо провідника зі струмом, окрім електричного поля, існує ще й магнітне.

Формуємо КОМПЕТЕНТНІСТЬ

Я поміркую й зможу пояснити

1. Які явища є магнітними? Що вам відомо про магнітну взаємодію?

2. У чому полягає суть та історичне значення досліду Ерстеда?

Я вмію досліджувати й експериментувати

1. Якщо поліетиленовий файл потерти декілька разів об аркуш паперу, то при віддалені на невелику відстань (близько 10 см) вони притягуватимуться одне до одного. Електричне чи магнітне явище відбувається при цьому? Поясніть його.

2. У який спосіб можна дізнатися, чи є електричний струм у провіднику, не користуючись при цьому гальванометром або амперметром?

Це матеріал з підручника Фізика 9 клас Засєкіна (поглиблений рівень)

mozok.click

ДОСЛІД ЕРСТЕДА. ІНДУКЦІЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ - МАГНІТНІ ЯВИЩА - Підручник Фізика 9 клас - В.Д. Сиротюк

РОЗДІЛ 1 МАГНІТНІ ЯВИЩА

§ 2. ДОСЛІД ЕРСТЕДА. ІНДУКЦІЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ

Довгий час електричні та магнітні явища розглядалися як не пов’язані між собою.

Уперше зв’язок між ними встановив датський фізик Ганс Крістіан Ерстед. Виконуючи дослід у 1820 р., він помітив, що магнітна стрілка, розміщена над або під провідником (мал. 19, а), під час замикання кола повертається й розміщується майже перпендикулярно до провідника (мал. 19, б).

Якщо електричне коло розімкнути, то стрілка повернеться в попереднє положення.

Цей дослід свідчить про те, що електричний струм якимось чином діє на магнітну стрілку. Отже, між електричними та магнітними явищами існує певний зв’язок.

Навколо будь-якого провідника зі струмом існує магнітне поле.

Оскільки електричний струм - це напрямлений рух електрично заряджених частинок, то доходимо висновку, що навколо будь-якої рухомої зарядженої частинки існують разом магнітне поле й електричне поле. Навколо нерухомих зарядів є тільки електричне поле.

Для дослідження магнітного поля струму скористаємося методом спектрів, який ми застосовували для виявлення магнітного поля постійних магнітів.

Дослід 1. Крізь отвір у горизонтально розміщеному аркуші картону пропустимо вертикальний провідник зі струмом (мал. 20). Притрусимо картон залізними ошурками й замкнемо коло. У результаті досліду ми побачимо, що ошурки розмістилися навколо провідника концентричними колами. Якщо ошурки замінити магнітними стрілками, то вони розміщуються так, як показано на малюнку 20, а.

Мал. 19

Мал. 20

Тут зображено вид зверху на картон з ланцюжками ошурок. Круг у центрі - поперечний переріз провідника зі струмом. У ньому хрестиком позначено струм у напрямку за картон (наче хвостове оперення стріли від лука, що летить від нас). Точкою у крузі позначено струм у напрямку із- за картону (наче накінечник стріли, що летить на нас).

Лінії магнітного поля струму — це замкнені лінії, які оточують провідник зі струмом.

Мал. 21

Мал. 22

Котушка зі струмом має два магнітних полюси: північний N і південний S.

Мал. 23

З’ясуємо тепер, від чого залежить сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом.

Будемо пропускати через котушку 1 струми I, 2І, ЗІ ... . Тоді сила, з якою діє на неї магнітне поле котушки 2, дорівнює відповідно F, 2F, 3F ... . Отже, сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом, прямо пропорційна силі струму у провіднику: F ~ І.

Мал. 24

Змінюючи довжину провідника, намотаного на котушку 1, аналогічно можна переконатися, що F ~ 𝑙, де 𝑙 - довжина провідника, який розміщений у магнітному полі.

F = BI𝑙

Із цього співвідношення визначаємо індукцію магнітного поля: B = .

1 Н/1 А · 1 м = 1 Н/А · м = 1 Тл.

Одиниця індукції магнітного поля названа на честь сербського фізика й електротехніка Ніколи Тесли (1856-1943).

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1. Які явища спостерігаються в колах під час проходження електричного струму?

2. Опишіть, у чому полягає дослід Ерстеда.

3. На вашу думку, що є єдиним джерелом магнітного поля?

4. Чому для вивчення магнітного поля можна використати залізні ошурки?

5. Як розміщуються ошурки в магнітному полі прямого струму?

7. Від чого залежить сила, з якою діє магнітне поле на провідник зі струмом?

8. Що таке індукція магнітного поля?

9. Яка одиниця індукції магнітного поля в СІ?

www.subject.com.ua

Урок "Магнітні явища. Дослід Ерстеда. Магнітне поле"

1. Властивості постійних магнітів.

Вивчаючи курс природознавства, ви дізналися про магнітні явища та виявили, що деякі тіла мають властивість притягувати до себе залізні предмети й самі притягуються до них.

Тіла, які тривалий час зберігають магнітні властивості, називають постійними магнітами.

Першу спробу наукового підходу до вивчення магнетизму здійснив у ХІІІ ст. французький фізик П’єр Пелерен де Марікур у своєму трактаті «Послання про магніт». Більш системно властивості постійних магнітів дослідив Вільям Ґільберт (1544–1603) — англійський фізик і лікар, один із засновників науки про електрику

Пропоную вам працюючи в групах самостійно дослідити та сформулювати властивості магнітів (після презентації роботи групи заповнюється таблиця властивостей)

Завдання для групи № 1

Устаткування: полосовий магніт, ємність з шурупами, цвяхами, стальні скрепкі, шматочок тканини, колеса з дерева, пластинки з різних металів, шматочок резини.

Опис дослідів:

1. Піднесіть магніт до ємності з різними предметами.

2. Проаналізуйте притягання предметів до магніту.

3. Зробіть висновки: які предмети притягуються які ні? чи всі металеві пластинки притягуються? (Притягуються предмети які в своєму складі містять залізо. Мідь та латунь не притягуються)

Завдання для групи № 2

Устаткування: полосовий магніт, залізні ошурки, плексигласова підставка (або білий цупкий картон), аркуш паперу.

Опис дослідів:

1. Піднесіть магніт до ємності з металевою стружкою.

2. Покладіть магніт в ємність

3. Проаналізуйте притягання металевої стружки по всій довжині магніту.

4. Намалюйте, як саме розподіллено металеві ошурки навколо магніту

5. Зробіть висновки.(Магнітна дія магніту є різною на різних ділянках його поверхні; ділянки, де магнітна дія виявляється найсильніше, називають полюсами магніту.)

Завдання для групи № 3

Устаткування: полосовий магніт, залізні ошурки, плексигласо ва підставка (або 2 листи цупкого картону), аркуш паперу.

Опис дослідів:

1. На лист картону покладіть покладіть полосовий магніт.

2. На другий лист картону покладітьаркуш паперу.Обережно на аркуш паперу насипте залізні ошурки.

3. Зверху магніту покладіть картон, на якому насипано металеві ошурки, домагайтеся того, щоб ошурки було розподілено по всьому периметру магніту. 4. Акуратно постукайте по краю картону так, щоб відбувся перерозподіл металевих ошурок.

5. Замалюйте те, як розташовано металеві ошурки навколо магніту.

6. Зробіть висновки.(Ошурки утворюють лінії, що з’єднують полюси магніту)

7. Для презентації результатів досліду всьому класу обережно візьміть всю конструкцію, розташуйте її на демонстраційному столі перед веб-камерою.

Завдання для групи № 4

Устаткування: підковоподібний магніт, залізні ошурки, плексигласова підставка (або білий цупкий картон), аркуш паперу.

Опис дослідів:

1. На лист картону покладіть аркуш паперу.

2. Обережно на аркуш паперу насипте залізні ошурки так, щоб вони розмістились по всьому периметру магніту.

3. Піднявши акуратно картон, піднесіть знизу магніт.

4. Олівцем акуратно постукайте по краю картону так, щоб відбувся перерозподіл металевих ошурок Спостерігайте за зміною положення залізних ошурок. Намалюйте в зошиті те, що спостерігаєте.

5. Зробіть висновки. (Підковоподібний магніт має два полюси.Ошурки утворюють лінії, що з’єднують полюси магніту)

6. Для презентації результатів досліду класу обережно перенесіть конструкцію, притримуючи за нижній лист картону, на демон- страційний стіл.

Завдання для групи № 5

Устаткування: 2 полосових магніти, залізні ошурки, плексигласова підставка (або 2 листи цупкого картону), аркуш паперу.

Опис дослідів:

1. На лист картону покладіть аркуш паперу. Обережно насипте на нього залізні ошурки.

2. На другий лист картону помістіть 2 полосових магніти, розташувавши їх одноіменними полюсами (однакового кольору) навпроти один одного.

3. Перший лист картону з металевими ошурками покладіть на магніти так, щоб ошурки були в зоні, де розміщено полюси двох магнітів.

4. У зошиті намалюйте розподіл металевих ошурок.

5. Зробіть висновки.(Однойменні полюси магнітів відштовхуються)

6. Для презентації результатів досліду класу обережно перенесіть конструкцію на демонстраційний стіл

Завдання для групи № 6

Устаткування: 2 полосових магніти, залізні ошурки, плексигласова підставка (або білий цупкий картон), аркуш паперу.

Опис дослідів:

1. На лист картону покладіть аркуш паперу. Обережно насипте на нього залізні ошурки.

2. На другий лист картону помістіть 2 полосових магніти, розташувавши їх різноіменними полюсами (різного кольору) навпроти один одного.

4. У зошиті намалюйте розподіл металевих ошурок.

5. Зробіть висновки.(Різнойменні полюси магнітів притягуються)

6. Для презентації результатів досліду класу обережно перенесіть конструкцію на демонстраційний стіл

Далі пропоную учням ознайомитись із відповідним параграфом підручника. Завдання учням — із перерахованих властивостей постійних магнітів назвати ті, що їх не було розглянуто в результаті експериментів.

У разі нагрівання постійного магніту до певної температури, яку називають точ- кою Кюрі, його магнітні властивості зникають.
Під час ділення магніту на частини утворюється завжди два полюси (флеш-анімація)

2. Дослід Ерстеда. Дослід Ампера.

Ще вчені Давньої Греції висловлювали припущення, що магнітні й електричні явища пов’язані, проте встановити цей зв’язок учені змогли лише на початку XIX ст. 15 лютого 1820 р. данський фізик Ганс Крістіан Ерстед (1777–1851) демонстрував студентам дослід із нагріванням провідника електричним струмом. У ході досліду вчений помітив, що під час проходження струму магнітна стрілка, розташована поблизу провідника, відхиляється від напрямку «північ — південь» і встановлюється перпендикулярно до провідника. Як тільки струм припинявся, стрілка поверталася в початкове положення.

Так було з’ясовано, що електричний струм чинить певну магнітну дію, то б то навколо провідника зі струмом існує магнітне поле.

Французький математик і фізик Андре Марі Ампер (1775–1836) уперше почув про досліди Г. Ерстеда 4 вересня 1820 р. і вже за тиждень продемонстрував взаємодію двох паралельно розташованих провідників зі струмом. Ампер також показав, що котушки, в яких проходить електричний струм, поводяться як постійні магніти.

Як, на вашу думку, можна пояснити поведінку провідників?

Аналізуючи результати дослідів, учений дійшов висновку: оскільки провідники є електрично нейтральними (вони незаряджені), їхнє притягання або відштовхування не може пояснюватися дією електричних сил, — «поведінка» провідників є наслідком дії магнітних сил.

3. Поняття магнітного поля

Магнітна взаємодія здійснюється з певною швидкістю через магнітне поле (першим такого висновку дійшов англійський фізик Майкл Фарадей)

naurok.com.ua