Już wiesz, że wokół przewodnika z prądem istnieje pole magnetyczne. Badamy pole za pomocą wiórek żelaznych. Przewodnik przesuniemy przez kawałek kartonu prostopadle do powierzchni, nasypiemy wiórek i zamkniemy okrąg. W polu magnetycznym przewodnika wiórki namagnesowują się i przedstawią linie indukcji magnetycznej pola magnetycznego prostoliniowego przewodnika z prądem -okręgi (patrz rys. 3.1). Jak określić kierunek linii magnetycznych?
Zapoznamy się z regułą korkociągu
Obok przewodnika z prądem ustawiamy igły magnetyczne i przepuszczamy przez przewodnik prąd — igły ustawią się w magnetycznym polu przewodnika (rys. 3.1, a). Północny biegun każdej igły wskaże kierunek wektora indukcji pola magnetycznego w danym punkcie, więc i kierunek linii magnetycznych pola.
Wraz ze zmianą kierunku prądu w przewodniku zmieni się i ustawianie igieł magnetycznych (rys. 3.1,_b). To znaczy, że kierunek linii
magnetycznych zależy od kierunku prądu w przewodniku.
Określać kierunek linii indukcji magnetycznej za pomocą igły magnetycznej nie jest wygodnie, dlatego stosuje się regułę korkociągu:
Jeżeli korkociąg wkręcać w kierunku prądu w przewodniku, to kierunek obrotu rękojeści korkociągu wskaże kierunek linii pola magnetycznego prądu
(rys. 3.2, a);
lub inaczej:
Jeżeli kciuk prawej dłoni wskaże kierunek przepływu prądu w przewodniku, to cztery zgięte palce będą wskazywać kierunek linii pola magnetycznego prądu (rys. 3.2, b).
Przekonamy się w prawidłowości reguły korkociągu dla wypadków, przedstawionych na rys. 3.1.
Wyjaśnijmy, od czego zależy wartość indukcji pola magnetycznego przewodnika z prądem
Przypomnij sobie: magnetyczne działanie przewodnika z prądem po raz pierwszy zbadał Ch. Oersted w 1820 r. Dlaczego nie zrobiono tego wcześniej? Rzecz w tym, że ze zwiększeniem odległości od przewodnika indukcja magnetyczna wytworzonego pola magnetycznego zmniejsza się. Więc, gdy igła magnetyczna znajduje się dalej od przewodnika z prądem, magnetyczne działanie prądu jest prawie niezauważalne.
Rozpatrzymy rys. 3.3. Dlaczego wraz ze zwiększeniem odległości od przewodnika gęstość linii indukcji magnetycznej zmniejsza się? Czy jednakowe będą wartości wektorów
A i A?
Indukcja magnetyczna zależy od natężenia prądu: ze zwiększeniem natężenia prądu w przewodniku, indukcja magnetyczna indukowanego pola magnetycznego zwiększa się.
Badamy pole magnetyczne zwojnicy z prądem
Zwiniemy drut izolowany w zwojnicę i przepuścimy przez niego prąd. W otoczeniu zwojnicy ustawiamy igiełki magnetyczne. Igiełki magnetyczne ustawią się biegunem północnym do jednego końca zwojnicy, a do drugiego — południowym (rys. 3.4). Więc, wokół zwojnicy z prądem istnieje pole magnetyczne.
Zwojnica z prądem, podobnie do magnesu sztab-kowego, ma dwa bieguny - południowy i północny. Bieguny znajdują się na końcach zwojnicy i można je łatwo określić za pomocą reguły prawej dłoni:
Jeżeli cztery zgięte palce skierować w kierunku prądu w zwojnicy, to odchylony o 90° kciuk wskaże w kierunku północnego bieguna zwojnicy, czyli kierunek wektora indukcji magnetycznej w środku zwojnicy (rys. 3.5).
Jeżeli porównywać linie pół magnetycznych zwojnicy z prądem i magnesu trwałego (rys. 3.6), to zauważymy, że są one bardzo podobne. Igła magnetyczna, podwieszona zwojnica z prądem i podwieszony magnes sztabkowy ustawiają się w polu magnetycznym Ziemi jednakowo.
Podsumowanie
Wokół przewodnika z prądem istnieje pole magnetyczne. Indukcja magnetyczna pola, wytworzonego przez prąd, zmniejsza się ze zwiększeniem natężenia prądu w przewodniku.
Kierunek linii indukcji magnetycznej pola magnetycznego przewodnika z prądem można określić za pomocą igieł magnetycznych lub za pomocą reguły korkociągu.
Zwojnica z prądem, podobnie do magnesu trwałego, ma dwa bieguny. Można je określić za pomocą reguły prawej dłoni: jeżeli cztery zgięte palce skierować w kierunku prądu, to odchylony o 90° kciuk wskaże w kierunku północnego bieguna zwojnicy.
Pytania kontrolne
1. W jaki sposób określa się kierunek linii indukcji magnetycznej pola magnetycznego przewodnika z prądem? 2. Podaj regułę korkociągu. 3. W jaki sposób indukcja magnetyczna pola magnetycznego przewodnika z prądem zależy od odległości do przewodnika? od natężenia prądu w przewodniku? 4. Jak wygląda spektrum pola magnetycznego prostoliniowego przewodnika z prądem? 5. Jak określamy bieguny magnetyczne zwojnicy z prądem?
Ćwiczenie nr 3
1. Na rys. 1 przedstawiono linię indukcji magnetycznej pola magnetycznego przewodnika z prądem. Określ kierunek prądu.
2. Na rys. 2 narysowane są linie indukcji magnetycznej pól magnetycznych dwóch przewodników z prądem. 1) Jak jest skierowane pole magnetyczne przewodnika na rys. 2, a? 2) Określ kierunek prądu w przewodniku na rys. 2, b. 3) W jakim punkcie — A czy B (rys. 2, a, b) — pole magnetyczne jest bardziej silne?
3. Jakim biegunem obróci się do nas igła magnetyczna (rys. 3)? Czy zmieni się odpowiedź, jeżeli igłę ustawić nad przewodnikiem?
Nad zwojnicą podwieszono magnes (rys. 4). Jak będzie zachowywać się magnes, jeżeli obwód jest rozerwany?
5. Określ bieguny źródła prądu na rys. 5.
6. W niektórych przyrządach nie jest pożądane pojawienie się pola magnetycznego. W takich wypadkach wykorzystuje się bifilarne nawinięcie: przewód zwija się dwukrotnie tak, aby oba jego końce były razem. W czym sens takiego nawinięcia?
Doświadczenie
„Kompas elektromagnetyczny’’. Sklej walec papierowy o średnicy 7—10 mm i o długości 4—5 cm.
Nawiń na walec 20—30 zwojów cienkiego izolowanego drutu. Umocuj otrzymaną zwojnicę poziomo na niewielkiej deseczce (lub korku) i połącz końce przewodu z baterią ogniw galwanicznych. Określ i zaznacz bieguny zwojnicy. Zanurz deseczkę do szerokiego naczynia z wodą. Otrzymałeś kompas elektromagnetyczny. Jak on będzie działać? Wstaw do zwojnicy gwóźdź żelazny. Czy będzie kompas prawidłowo pracować?
Fizyka i technika na Ukrainie
Aleksander Achijezer (1911-2000) - znany fizyk-teoretyk, doktor PANU, założyciel szkoły fizyki teoretycznej. Jego uczniami są W. Bar-jachtar, D. Wołkow, S. Peletmiński, O. Sytenko i ponad 30 doktorów nauk.
Badając oddziaływanie naddźwięku z kryształami, O. Achijezer opracował mechanizm pochłaniania, uwarunkowany modulacją energii kwazicząstki przez pole zewnętrzne, nazwany ku jego czci „mechanizmem Achijezera". Uczony jest autorem teorii rezonansowych reakcji jądrowych, otrzymał podstawowe wyniki podczas badania fizyki plazmy, razem z uczniami sformułował podstawy plazmy elektrodynamiki. Wspólnie z W. Barjach-tarem i S. Peletmińskim odkrył nowe zjawisko - magnetoakustyczny rezonans.
Jego imieniem nazwano Instytut fizyki teoretycznej Państwowego centrum naukowego „Fizyko-techniczny instytut w Charkowie".
Źródło: Fizyka podręcznik dla klasy 9 Barjachtar