каким способом можно усилить магнитное поле катушки
Вопросы § 59
Физика А.В. Перышкин
1. В каком направлении устанавливается катушка с током, подвешенная на длинных тонких проводниках? Какое сходство имеется у неё с магнитной стрелкой?
Если катушку с током подвесить на тонких и гибких проводниках, то она установится так же, как магнитная стрелка компаса. Один конец катушки будет обращен к северу, другой к югу. Значит, катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет два полюса — северный и южный.
2. Какими способами можно усилить магнитное действие катушки с током?
Усилить магнитное действие катушки током можно:
1) увеличив число витков в катушке;
2) увеличив силу тока;
3) введя железо внутрь катушки.
3. Что называют электромагнитом?
Электромагнит — катушка с железным сердечником внутри.
4. Для каких целей используют на заводах электромагниты?
Электромагниты, обладающие большой подъемной силой, используют на заводах для переноски изделий из стали или чугуна, а также стальных и чугунных стружек, слитков.
5. Как устроен магнитный сепаратор для зерна?
В зерно подмешивают очень маленькие железные опилки. Эти опилки не прилипают к гладким зернам, полезных злаков, но прилипают к зернам сорняков. Зерна высыпаются из бункера на вращающийся барабан. Внутри барабана находится сильный электромагнит. Притягивая железные части — он извлекает зерна сорняков из потока зерна и таким путем очищает зерно от сорняков и случайно попавших железных предметов.
Каким способом можно усилить магнитное поле катушки?
Каким способом можно усилить магнитное поле катушки?
усилить магнитное поле катушки с током можно если в неё вставить железный сердечник или сердечник из материала ферромагнетика
Дело в том, что там, где есть электрический ток, там обязательно сосуществует и электрическое, и магнитное поле.
Чтобы понять где можно найти эти два поля одновременно, нужно разобраться и вспомнить что такое электричество, ток.
Это движение частиц с зарядом.
Выходит, что первый вариант сразу отпадает, так как неподвижная частица не образует электрическое поле.
Магнитный поток, величина характеризующая магнитное поле в конкретном месте зависит от трех величин. 1) Магнитный поток естественно зависит от площади контура, через который он проходит, чем больше площадь, тем больше магнитный поток.
2) Магнитный поток также естественно зависит от величины магнитной индукции (силы магнитного поля), чем сильнее поле, тем больше магнитный поток.
3) Магнитный поток зависит еще от угла между векторами магнитной индукции и нормалью к контуру, то есть от ориентации контура по отношению к магнитным линиям. Наиболее максимальным магнитный поток будет когда поток перпендикулярен контуру и будет равен нулю, когда линии проходят параллельно контуру.
Магнитное поле катушки с током. Электромагниты
Урок 35. Физика 8 класс (ФГОС)
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока «Магнитное поле катушки с током. Электромагниты»
На прошлом уроке мы говорили о том, что вокруг любого проводника с током существует магнитное поле.
Большой практический интерес представляет магнитное поле катушки с током — соленоида (так называют такую катушку в технике). Она представляет собой намотанную на цилиндрическую поверхность проволоку, причём длина обмотки во много раз больше её диаметра.
Если пропустить по такой катушке ток, то она приобретёт свойство притягивать к себе лёгкие металлические предметы.
Применяя железные опилки, можно получить картину линий магнитного поля катушки с током.
Как видим, внутри катушки магнитные линии параллельны друг другу, а на концах расходятся и замыкаются вне катушки. Таким образом, линии магнитного поля катушки с током, также, как и прямого тока, являются замкнутыми кривыми.
Принято считать, что вне катушки они направлены от её северного полюса к южному.
Для определения направления линий магнитного поля можно использовать правило правой руки, но только для соленоида. Если ладонью правой руки обхватить катушку с током так, чтобы четыре пальца расположились по направлению тока, то отставленный большой палец укажет направление линий магнитного поля внутри катушки.
Теперь выясним, можно ли как-нибудь увеличить силу магнитного поля катушки с током. Для этого проделаем такой опыт. Возьмём две катушки, в одной из которых число витков проволоки больше, чем во второй. И присоединим их к одинаковым источникам тока.
Замкнув цепь, мы увидим, что при одинаковой силе тока, катушка с большим числом витков, притянет к себе больше железных предметов. Значит, магнитное поле катушки с током тем сильнее, чем больше число витков в ней.
Теперь видоизменим наш опыт. Включим катушку в электрическую цепь, содержащую реостат и с его помощью будем изменять силу тока в цепи.
При увеличении силы тока, сила магнитного поля катушки с током увеличивается, а при уменьшении силы тока — уменьшается. Значит, сила магнитного поля катушки с током зависит от силы тока.
Но, кроме описанных нами двух способов усилить магнитное поле катушки, есть и ещё один. Этот способ впервые придумал Д. Араго, поместив внутрь катушки металлический стержень.
Араго заметил, что даже при постоянной силе тока и числе витков, магнитное поле катушки значительно увеличивается, если внутри катушки с током находится железный стержень.
Впоследствии железный стержень стали называть сердечником, а катушку с сердечником — электромагнитом. Назначение электромагнита понятно из названия: с помощью электрического тока создаётся мощный магнит.
Электромагнит, который представлен на рисунке, может удержать груз массой в десятки килограммов даже при небольшой силе тока в катушках, что недоступно никакому постоянному магниту.
Электромагниты, благодаря возможности регулировать их магнитное действие, широко используются людьми. Например, электромагниты, используемые на производстве, способны удерживать и переносить тонны металлического груза. Ещё недавно казалось, что поезд на магнитной «подушке» — это дело отдалённого будущего. Сегодня такие поезда построены, в Китае и Японии они уже находятся в эксплуатации. Поезд не имеет колёс, а «плывёт» над длинной магнитной полосой, заменяющей рельсы. Под магнитной полосой расположены мощные электромагниты, создающие необходимое магнитное поле. Поезда на магнитной подушке не испытывают трения, не загрязняют атмосферу и практически бесшумны.
Ещё одно применение магнита — использование его в электрическом звонке.
При нажатии кнопки цепь звонка замыкается, железная пластинка, называемая якорем, притягивается к электромагниту и молоточек ударяет по звонковой чаше. При этом контакт с винтом нарушается, ток в электромагните прекращается, и пружина возвращает якорь в прежнее положение. Затем всё повторяется снова.
Магнитное поле прямого проводника, витка и катушки с током
§ 59. Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение
Наибольший практический интерес представляет собой магнитное поле катушки с током. На рисунке 97 изображена катушка, состоящая из большого числа витков провода, намотанного на деревянный каркас. Когда в катушке есть ток, железные опилки притягиваются к её концам, при отключении тока они отпадают.
Рис. 97. Притяжение железных опилок катушкой с током
Если катушку с током подвесить на тонких и гибких проводниках, то она установится так же, как магнитная стрелка компаса. Один конец катушки будет обращен к северу, другой — к югу. Значит, катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет два полюса — северный и южный (рис. 98).
Рис. 98. Полюсы катушки с током
Вокруг катушки с током имеется магнитное поле. Его, как и поле прямого тока, можно обнаружить при помощи опилок (рис. 99). Магнитные линии магнитного поля катушки с током являются также замкнутыми кривыми. Принято считать, что вне катушки они направлены от северного полюса катушки к южному (см. рис. 99).
Рис. 99. Магнитные линии катушки с током
Катушки с током широко используют в технике в качестве магнитов. Они удобны тем, что их магнитное действие можно изменять (усиливать или ослаблять) в широких пределах. Рассмотрим способы, при помощи которых можно это делать.
На рисунке 97 изображён опыт, в котором наблюдается действие магнитного поля катушки с током. Если заменить катушку другой, с большим числом витков проволоки, то при той же силе тока она притянет больше железных предметов. Значит, магнитное действие катушки с током тем сильнее, чем больше число витков в ней
Включим в цепь, содержащую катушку, реостат (рис. 100) и при помощи него будем изменять силу тока в катушке. При увеличении силы тока действие магнитного поля катушки с током усиливается, при уменьшении — ослабляется
Рис. 100. Действие магнитного поля катушки
Оказывается также, что магнитное действие катушки с током можно значительно усилить, не меняя число её витков и силу тока в ней. Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железо, введённое внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки
Рис. 101. Действие магнитного поля катушки с железным сердечником
Катушка с железным сердечником внутри называется электромагнитом.
Электромагнит — одна из основных деталей многих технических приборов. На рисунке 102 изображён дугообразный электромагнит, удерживающий якорь (железную пластинку) с подвешенным грузом.
Рис. 102. Дугообразный электромагнит
Электромагниты широко применяют в технике благодаря их замечательным свойствам. Они быстро размагничиваются при выключении тока, в зависимости от назначения их можно изготавливать самых различных размеров, во время работы электромагнита можно регулировать его магнитное действие, меняя силу тока в катушке.
Электромагниты, обладающие большой подъёмной силой, используют на заводах для переноски изделий из стали или чугуна, а также стальных и чугунных стружек, слитков (рис. 103).
Рис. 103. Применение электромагнитов
На рисунке 104 показан в разрезе магнитный сепаратор для зерна. В зерно подмешивают очень мелкие железные опилки. Эти опилки не прилипают к гладким зёрнам полезных злаков, но прилипают к зёрнам сорняков. Зёрна 1 высыпаются из бункера на вращающийся барабан 2. Внутри барабана находится сильный электромагнит 5. Притягивая железные частицы 4, он извлекает зёрна сорняков из потока зерна 3 и таким путём очищает зерно от сорняков и случайно попавших железных предметов.
Рис. 104. Магнитный сепаратор
Применяются электромагниты в телеграфном, телефонном аппаратах и во многих других устройствах.
Вопросы
Упражнение 41
Задание
На рисунке 106 показана схема простейшей телеграфной установки, позволяющей передавать телеграммы со станции А на станцию В. На схеме цифрами обозначено: 1 — ключ, 2 — электромагнит, 3 — якорь, 4 — пружина, 5 — колесико, смазанное краской.
По схеме объясните работу установки. В мощных электрических двигателях, применяемых в прокатных станах, шахтных подъёмниках, насосах, сила тока достигает нескольких тысяч ампер. Так как в последовательно соединённых проводниках сила тока одинакова, то такая же сила тока будет во всех соединительных проводах этой цепи. Это очень неудобно, особенно если потребитель тока находится на большом расстоянии от пульта управления, где включается ток. Такие цепи можно включать при помощи специального устройства — электромагнитного реле (рис. 107), приводя его в действие малой силой тока. На схеме обозначено: 1 — электромагнит, 2 — якорь, 3 — контакты рабочей цепи, 4 — пружина, 5 — электродвигатель, 6 — контакты цепи электродвигателя. Объясните, как действует этот прибор.
Магнитное поле катушки с током
Если в пространстве вокруг неподвижных электрических зарядов существует электростатическое поле, то в пространстве вокруг движущихся зарядов (как и вокруг изменяющихся во времени электрических полей, что изначально предположил Максвелл) существует магнитное поле. Это легко наблюдать экспериментально.
Именно благодаря магнитному полю и взаимодействуют между собой электрические токи, а также постоянные магниты и токи с магнитами. По сравнению с электрическим взаимодействием, магнитное взаимодействие является значительно более сильным. Это взаимодействие в свое время изучал Андре-Мари Ампер.
В физике характеристикой магнитного поля служит магнитная индукция B, и чем она больше, тем сильнее магнитное поле. Магнитная индукция В — величина векторная, ее направление совпадает с направлением силы, действующей на северный полюс условной магнитной стрелки, помещенной в какую-нибудь точку магнитного поля, — магнитное поле сориентирует магнитную стрелку в направлении вектора В, то есть в направлении магнитного поля.
Вектор В в каждой точке линии магнитной индукции направлен к ней по касательной. То есть индукция В характеризует силовое действие магнитного поля на ток. Похожую роль играет напряженность Е для электрического поля, характеризующая силовое действие электрического поля на заряд.
Простейший эксперимент с железными опилками позволяет наглядно продемонстрировать явление действия магнитного поля на намагниченный объект, поскольку в постоянном магнитном поле маленькие кусочки ферромагнетика (такими кусочками являются железные опилки) становится, намагничиваясь по полю, магнитными стрелками, словно маленькими стрелками компаса.
Если взять вертикальный медный проводник, и продеть его через отверстие в горизонтально расположенном листе бумаги (или оргстекла, или фанеры), а затем насыпать металлические опилки на лист, и немного встряхнуть его, после чего пропустить по проводнику постоянный ток, то легко заметить, как опилки выстроятся в форме вихря по окружностям вокруг проводника, в плоскости перпендикулярной току в нем.
Эти окружности из опилок как раз и будут условным изображением линий магнитной индукции В магнитного поля проводника с током. Центр окружностей, в данном эксперименте, будет расположен ровно в центре, по оси проводника с током.
Направление векторов магнитной индукции В проводника с током легко определить по правилу буравчика или по правилу правого винта: при поступательном движении оси винта по направлению тока в проводнике, направление вращения винта или рукоятки буравчика (вкручиваем или выкручиваем винт) укажет направление магнитного поля вокруг тока.
Почему применяется правило буравчика? Поскольку операция ротор (обозначаемая в теории поля rot), используемая в двух уравнениях Максвелла, может быть записана формально как векторное произведение (с оператором набла), а главное потому, что ротор векторного поля может быть уподоблен (представляет собой аналогию) угловой скорости вращения идеальной жидкости (как представлял сам Максвелл), поле скоростей течения которой изображает собой данное векторное поле, можно воспользоваться для ротора теми формулировками правила, которые описаны для угловой скорости.
Таким образом, если крутить буравчик в направлении завихрения векторного поля, то он будет ввинчиваться в направлении вектора ротора этого поля.
Как видите, в отличие от линий напряженности электростатического поля, которые в пространстве разомкнуты, линии магнитной индукции, окружающие электрический ток, замкнуты. Если линии электрической напряженности Е начинаются на положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных, то линии магнитной индукции В просто замкнуты вокруг порождающего их тока.
Теперь усложним эксперимент. Рассмотрим вместо прямого проводника с током виток с током. Допустим, нам удобно расположить такой контур перпендикулярно плоскости рисунка, причем слева ток направлен на нас, а справа — от нас. Если теперь внутри витка с током разместить компас с магнитной стрелкой, то магнитная стрелка укажет направление линий магнитной индукции — они окажутся направлены по оси витка.
Почему? Потому что противоположные стороны от плоскости витка окажутся аналогичны полюсам магнитной стрелки. Откуда линии В выходят — это северный магнитный полюс, куда входят — южный полюс. Это легко понять, если сначала рассмотреть проводник с током и с его магнитным полем, а затем просто свернуть проводник в кольцо.
Для определения направления магнитной индукции витка с током также пользуются правилом буравчика или правилом правого винта. Поместим острие буравчика по центру витка, и станем его вращать по часовой стрелке. Поступательное движение буравчика совпадет по направлению с вектором магнитной индукции В в центре витка.
Очевидно, направление магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике, будь то прямой проводник или виток.
Принято считать, что та сторона катушки или витка с током, откуда линии магнитной индукции В выходят (направление вектора В наружу) — это и есть северный магнитный полюс, а куда линии входят (вектор В направлен внутрь) — это южный магнитный полюс.
Если множество витков с током образуют длинную катушку — соленоид (длина катушки во много раз превышает ее диаметр), то магнитное поле внутри нее однородно, то есть линии магнитной индукции В параллельны друг другу, и имеют одинаковую плотность по всей длине катушки. Кстати, магнитное поле постоянного магнита похоже снаружи на магнитное поле катушки с током.
Для катушки с током I, длиной l, с количеством витков N, магнитная индукция в вакууме будет численно равна:
Итак, магнитное поле внутри катушки с током является однородным, и направлено от южного к северному полюсу (внутри катушки!) Магнитная индукция внутри катушки пропорциональна по модулю числу ампер-витков на единицу длины катушки с током.
Постоянные магниты. Что это?
Китайцы, как и греки, тоже замечали интересное свойство некоторых минералов притягивать к себе железосодержащие предметы. Слово «притягивать» китайцы ассоциируют со словами «прижиматься», «любить» и поэтому назвали такие минералы «чу-ши», что значит «любящий камень». Так как эти минералы создала природа, и человек не мог повлиять на естественное действие камней, их стали называть постоянными магнитами.
Магнитный железняк.
Древние люди приписывали магнитному железняку свойства «живой души». Минерал, по их словам, устремлялся к железу, как собака к куску мяса. Ученые объясняют отношение древних к явлениям природы незнанием физики.
На самом деле, все заключается в особом виде материи – поле.
Магнитное поле и притягивает к постоянному магниту железные предметы, ведь, например, мелкие гвоздики или кнопки устремляются к магниту даже без соприкосновения с ним, а на некотором расстоянии.
Магнетит (природный магнитный железняк) проявляет свойства притягивания не очень сильно. Человеком на его основе созданы искусственные магниты с более мощным магнитным полем. В качестве материала в них используются такие металлы, как кобальт, никель и, конечно же, железо. Такие металлы способны намагничиваться, попадая в магнитное поле, а потом становятся самостоятельными магнитами.
Разные формы искусственных магнитов. Источник
Какую бы форму не имел магнит, у него есть участки, где наиболее сильно проявляются магнитные свойства. Эти участки называют магнитными полюсами. У каждого, даже самого маленького магнита, есть два полюса. Современные технологии позволяют намагничивать металлические предметы так, что у них образуется и 4 и 6 полюсов.
Увидеть, как по-разному притягиваются железные опилки к магниту, можно на простейшем опыте с дугообразным школьным магнитом. Просто поднести к опилкам магнит, опилки тут же «прилипнут» к нему:
Дугообразный магнит.
Полюсами такого магнита будут края дуги, где больше всего скопилось железных опилок.
У полосового магнита, форма которого прямоугольный параллелепипед, полюса находятся далеко друг от друга. Чем ближе к середине, тем меньше проявляются магнитные свойства.
Полосовой магнит.
Указатель юга и севера – компас. Полюсы магнитные
«Указатель юга» — так называли древние китайцы свое изобретение. Это был прибор в форме ложки, изготовленный из природного магнита. Ложка могла вращаться вокруг вертикальной оси.
Древний китайский компас.
Ручка ложки указывала южное направление. Она была северным полюсом ложки-магнита.
Развитие науки не остановилось, и современные компасы уже имеют другой вид:
Разные виды компасов.
Магнитная стрелка, главный элемент компаса, — это постоянный магнит и имеет два полюса. Конец стрелки, указывающий на географический Север, называют северным (N), а противоположный – южным (S) полюсом. Отсюда и название полюсов различных магнитов.
Раскраска магнитов в красный и синий цвета условна, реже используются и другие цвета. Существенным является то, что полюсы магнитов существуют только парами. Если распилить, например, полосовой магнит, получатся два полосовых магнита, и у них будет снова по два полюса: северный и южный.
В школьных лабораторных работах используются маленькие магниты на подставке, которые насаживаются на тонкую иглу и могут свободно вращаться вокруг этой иглы. Такие устройства называются магнитными стрелками, как подобие стрелок компасов.
С помощью стрелок изучается взаимодействие полюсов магнитов. Если приблизить стрелки друг к другу, они начинают поворачиваться и установятся по следующему правилу:
Земной шар является огромным магнитом, у которого есть свои полюсы. Но нельзя путать магнитные полюсы Земли с географическими. Согласно правилу, синий (северный) конец стрелки должен поворачиваться к Южному полюсу земного шара, так как притягиваются разноименные полюсы. Да, действительно, это так. Южный магнитный полюс Земли находится вблизи Северного географического полюса, но не в той же точке, а чуть в стороне, на острове Принца Уэльского. Северный магнитный полюс находится в Антарктиде, где и Южный географический.
Источник
Месторасположение магнитных полюсов Земли не остается постоянным. Полюсы смещаются на расстояние нескольких десятков километров в год.
Очень широк список областей, где применяются магниты:
От изучения природных магнитных явлений человек давно шагнул к элетромагнитным явлениям, без чего невозможно развитие знаний об электричестве и электрическом токе.
Магнитное поле тока прямого проводника
Определить наличие магнитного поля можно, если к магниту поднести магнитную стрелку. Если поле есть, то стрелка повернется и займет положение по правилу взаимодействия полюсов. Северный полюс стрелки повернется к южному полюсу магнита.
Будет ли оказывать действие на стрелку электрический ток?
Проверить это можно с помощью опыта. Стрелка установлена на острие, над нею параллельно ее оси помещен проводник. Если замкнуть цепь, стрелка повернется в другое положение, при выключенной цепи вернется обратно.
Впервые проведя этот опыт в 1820 году, датский ученый Ганс Христиан Эрстед, не имея достаточно знаний о магнетизме, не сумел объяснить поведение стрелки около проводника с током. Это было сделано позднее, а опыт получил название «Опыта Эрстеда».
Получается, что электрический ток может быть источником магнитного поля, которое возникает вокруг движущихся зарядов (вокруг не движущихся зарядов есть только электрическое поле).
Нет ли противоречия в наличии магнитного поля вокруг тока, где направленно движутся частицы, и магнитного поля около постоянных магнитов? Оказывается, в магнитах существуют так называемые молекулярные токи, циркулирующие внутри молекул. Во времена Эрстеда природа таких токов была еще не открыта. Теперь же известно, что в атоме постоянно движутся электроны, поэтому и возникают магнитные свойства некоторых природных веществ, например, железа.
По примеру магнитов для графического изображения поля вокруг тока используют силовые магнитные линии. Направление их указывают северные полюсы магнитных стрелок, помещенных в это поле.
Расположение стрелок показывает, что:
Существует так называемое первое правило правой руки, по которому можно указать направление силовых линий магнитного поля вокруг проводника с током. При изменении направления тока меняется и направление силовых линий поля. Правая рука человека помогает разобраться в этих направлениях.
Конечно, правило применяется не буквально. Не нужно провод брать в руки, надо мысленно представить эту ситуацию с проводником и рукой.
Разработка урока по физике «Магнитное поле катушки с током. Электромагниты»
Тема:
Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение.
Цель урока
: Формирование понятия о магнитном поле катушки с током, об электромагнитах и их применениях, исследовать зависимость магнитных сил катушки с током от числа витков катушки, силы тока в катушке и наличия железного сердечника в катушке. Развитие у учащихся умения анализировать, делать умозаключения. Приобретение исследовательских навыков учащимися при работе с оборудованием. Формирование познаваемости мира, значимости изучаемого материала.
: комбинированный (с использованием ИКТ)
объяснительно- иллюстративный, частично- поисковый.
Формы организации познавательной деятельности:
Приемы реализации методов:
компьютер, презентация «Электромагниты», источник постоянного тока, катушка трансформатора, сердечник, магнитная стрелка, железные опилки, гвоздики, лезвие на нити.
Оборудование для лабораторной работы:
электромагнит разборный с деталями (предназначен для проведения фронтальных лабораторных работ по электричеству и магнетизму), источник тока, реостат, ключ, соединительные провода, компас.
1) действие соленоида (катушка без сердечника), по которому протекает постоянный ток, на магнитную стрелку;
Ребята! Сегодняшний урок я хочу начать латинским афоризмом: «Талант видит способ решать известные задачи, гений решает задачи, которые не видят его современники». Сегодня мы будем учиться быть талантливыми, а кто-то может быть проявит и гениальность. На прошлом уроках мы начали изучать новую форму материи – магнитное поле.
Сегодня мы продолжим наше знакомство с ним. Я думаю каждый из вас откроет новые тайны и загадки магнитного поля и мы вместе попробуем в них разобраться.
Но вначале проверим, как вы поняли материал прошлого урока – проведем физический диктант.У вас на столах лежат карточки. Вам нужно закончить предложения:
Письменная работа «Продолжи предложение»
Взаимопроверка в парах по слайдам, оценивание.
На прошлом уроке мы с вами ознакомились с магнитным полем прямого проводника и узнали, что вокруг любого проводника с током существует невидимое, но существующее в реальности магнитное поле. Мы выяснили, как можно обнаружить эту невидимку. Существуют 2 способа: с помощью железных опилок и с помощью магнитных стрелок. А теперь пойдем дальше. На этом уроке мы будем исследовать магнитное поле катушки с током. И познакомимся с электромагнитом.
Тема: Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение.
Чтобы получить катушку, надо взять изолированный проводник и намотать этот проводник на каркас.
Посмотрите, пожалуйста, вот здесь представлена катушка, и эта катушка содержит в себе большое количество витков медного провода. Обратите внимание, эти провода намотаны на пластмассовый каркас, и у этого провода есть два вывода. Вот один вывод, и этот вывод.
Исследование магнитного поля катушки провели два французских ученых – это, конечно, Ампер, о котором мы говорили, и еще один очень известный, знаменитый ученый Араго. Когда они проводили исследования магнитного поля катушки, они выяснили, что это поле полностью соответствует магнитному полю постоянного магнита.
В чем это выражалось?
Это выражалось в следующем.
ОПЫТ 1 Притягивание катушкой с током мелких железных предметов
(катушка от электромагнита, батарейка, ключ, мелкие железные предметы)
Во-вторых, у катушки, по которой протекал электрический ток, были ярко выражены северный и южный магнитные полюса. Как это определить? (Выслушиваю предположения детей)
ОПЫТ 2 Магнитная стрелка в магнитном поле катушки
(Катушка от трансформатора 220В, источник постоянного тока 5-10В, магнитная стрелка (рис 12))
Определялось это тоже с помощью магнитной стрелки. Когда подносили магнитную стрелку к катушке, то выяснялось, что вокруг этой катушки образуется магнитное поле, и оно совершенно точно соответствует такому же магнитному полю, как у постоянного магнита.
Значит катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет два полюса – северный и южный.
Дальше, если мы поместим рядом с этой катушкой большое количество железных опилок, стружек, то они точно так же будут располагаться вокруг этой катушки, как и вокруг проводника с током или постоянного магнита. Тем самым будет понятно, что магнитное поле есть определенной формы, определенного значения, о котором мы можем судить по густоте этих линий.
На схемах катушка обозначается определенным символом. Посмотрите на схематичное изображение катушки.
Катушки с током широко используют в технике в качестве магнитов. Они удобны тем, что их магнитное действие можно изменять (Усиливать или ослаблять) в широких пределах. Рассмотрим способы, при помощи которых это можно сделать.
Магнитное действие катушки с током тем сильнее, чем больше число витков в ней.
ОПЫТ 3 по изменению силы тока в катушке
(Катушка от трансформатора 220В, источник постоянного тока 5-20В (рис 12), магнитная стрелка)
Обращаю ваше внимание на то, что магнитное поле катушки с током достаточно велико, по сравнению с магнитным полем проводника с током. Оказывается, при небольшой силе тока оно уже достаточно ощутимо. Но его можно еще более усилить, не меняя число витков и силу тока в ней. Это открытие английского инженера Стёржента. Он продемонстрировал следующее: когда он взял примерно такую катушку, взял железный сердечник и надел эту катушку на железный сердечник. Железо, введенное внутрь катушки, усиливает ее магнитное действие.
ОПЫТ 4 Влияние железного магнитопровода на магнитное действие катушки.
(Катушка от трансформатора 220В, источник постоянного тока 5-20В, железный магнитопровод, магнитная стрелка (рис 16))
(рис 21, железные опилки, гвоздики)
(рис 15, лезвие на нити)
Это устройство получило название «электромагнит».
Итак, что такое электромагнит?
Электромагнитом называют катушку с большим числом витков, надетую на железный сердечник.
Электромагнит на схеме обозначается, обратите внимание, как катушка, а сверху располагается такая горизонтальная линия. Эта линия характеризует железный сердечник.
На сегодняшний день электромагниты очень широко распространены. Электромагниты работают у нас практически везде и всюду. Без электромагнитов не работает теперь уже практически ни одно устройство.
СЛАЙДЫ (применение электромагнитов)
ВИДЕОРОЛИК — электромагнитный кран.
Выполнение учениками самостоятельно лабораторной работы №8 «Сборка электромагнита и испытание его действия», стр.175 учебника «Физика-8» (автор A.В. Пёрышкин, «Дрофа», 2009 г.).
6. Домашнее задание.
1. §58. Задание 9 — устно.
2. Выполнить домашний исследовательский проект «Мотор за 10 минут» (инструкция выдаётся каждому ученику для работы
дома, см. Приложение).
7. Рефлексия
Ребята! Сегодня мы с Вами хорошо потрудились. Китайская пословица гласит:
«Человек может стать умным тремя путями: путем подражания – это самый легкий путь, путем опыта – это самый трудный путь, и путем размышления – это самый благородный путь». Сегодня мы вместе попробовали идти различными путями к намеченной цели, и, я надеюсь, каждый из вас ощутил на этом пути интерес к познанию нового.
Предлагаю определить каждому свой путь, по которому он сегодня следовал.
Разного цвета кружки дети крепят к доске.
ЖЕЛТЫЙ — подражание, КРАСНЫЙ — опыт, ЗЕЛЕНЫЙ – размышление.
Письменная работа «Продолжи предложение»
Письменная работа «Продолжи предложение»
Проект «Мотор за 10 минут»
Всегда интересно наблюдать за изменяющимися явлениями, особенно если сам участвуешь в создании этих явлений. Сейчас мы соберем простейший (но реально работающий) электродвигатель, состоящий из источника питания, магнита и небольшой катушки провода, которую мы тоже сделаем сами. Существует секрет, который заставит этот набор предметов стать электродвигателем; секрет, который одновременно умен и изумительно прост. Вот что нам нужно:
1 метр провода с эмалевой изоляцией (диаметр 0,8-1 мм);
0,3 метра неизолированного провода (диаметр 0,8-1 мм).
Мы начнем с намотки катушки, той части электродвигателя, которая будет вращаться. Чтобы сделать катушку достаточной ровной и круглой, намотаем ее на подходящем цилиндрическом каркасе, например, на батарейке АА.
Оставляя свободными по 5 см провода с каждого конца, намотаем 15-20 витков на цилиндрическом каркасе. Не старайтесь особенно плотно и ровно наматывать катушку, небольшая степень свободы поможет катушке лучше сохранить свою форму.
Теперь аккуратно снимите катушку с каркаса, стараясь сохранить полученную форму.
Затем оберните несколько раз свободные концы провода вокруг витков для сохранения формы, наблюдая за тем, чтобы новые скрепляющие витки были точно напротив друг друга.
Катушка должна выглядеть так:
Сейчас настало время секрета, той особенности, которая заставит мотор работать. Это изысканный и неочевидный прием, и его очень сложно обнаружить, когда мотор работает. Даже люди, много знающие о работе двигателей, могут быть удивлены, обнаружив этот секрет.
Держа катушку вертикально, положите один из свободных концов катушки на край стола. Острым ножом удалите верхнюю половину изоляции с одного свободного конца катушки (держателя), оставляя нетронутой нижнюю половину. Проделайте то же самое со вторым концом катушки, наблюдая за тем, чтобы неизолированные концы провода были направлены вверх у двух свободных концов катушки.
В чем смысл этого приема? Катушка будет лежать на двух держателях, изготовленных из неизолированного провода. Эти держатели будут присоединены к разным концам батареи так, чтобы электрический ток мог проходить от одного держателя через катушку к другому держателю. Но это будет происходить только тогда, когда неизолированные половины провода будут опущены вниз, касаясь держателей.
Теперь необходимо изготовить поддержку для катушки. Это просто витки провода, которые поддерживают катушку и позволяют ей вращаться. Они сделаны из неизолированного провода, так как, кроме поддержки катушки, они должны доставлять ей электрический ток. Просто оберните каждый кусок неизолированного про вода вокруг небольшого гвоздя — получите нужную часть нашего двигателя.
Основанием нашего первого мотора будет держатель батареи. Это будет подходящая база еще и потому что при установленной батарее она будет достаточно тяжелой для того, чтобы мотор не дрожал. Соберите пять частей вместе, как показано на снимке (вначале без магнита). Положите сверху батарейки магнит и аккуратно подтолкните катушку…
Если все сделано правильно, катушка начнет быстро вращаться!
Надеюсь, что у вас все заработает с первого раза. Если все-таки мотор не заработал, тщательно проверьте все электрические соединения. Вращается ли катушка свободно? Достаточно ли близко расположен магнит? Если недостаточно, установите дополнительные магниты или подрежьте проволочные держатели.
Когда мотор заработает, единственное, на что нужно обратить внимание — чтобы не перегрелся аккумулятор, так как ток достаточно большой. Просто снимите катушку — и цепь будет разорвана.
Модель вашего мотора продемонстрируйте одноклассникам и учителю на следующем уроке физики. Пусть комментарии одноклассников и оценка учителем твоего проекта станут стимулом для дальнейшего успешного проектирования физических приборов и познания окружающего мира. Желаю успехов!
Лабораторная работа № 8
«Сборка электромагнита и испытание его действия»
собрать электромагнит из готовых деталей и на опыте проверить, от чего зависит его магнитное действие.
Приборы и материалы:
источник питания, реостат, ключ, соединительные провода, компас, детали для сборки электромагнита.
1. Составьте электрическую цепь из источника питания, катушки, реостата и ключа, соединив все последовательно. Замкните цепь и с помощью компаса определите магнитные полюсы у катушки.
Соберите дугообразный магнит из готовых деталей. Катушки электромагнита соедините между собой последовательно так, чтобы на их свободных концах получились разноименные магнитные полюсы. Проверьте полюсы с помощью компаса. Определите с помощью компаса, где расположен северный, а где — южный полюс магнита.
Электромагнит своими руками.
Для самостоятельного изготовления подобного устройства понадобятся:
Если все компоненты есть в наличии и принято однозначное решение о том, что стоит опробовать на практике, как сделать электромагнит в домашних условиях, то первым делом определяемся с «сердцем» всей конструкции – с гвоздем: он круглый и ровный. Форма стержня будущего электромагнита не должна быть кривой и, тем более, квадратной. Также следует учитывать, что длина гвоздя должна быть достаточной для намотки проволоки, например, 120 мм.
Как сделать катушку?
И вот гвоздь подобран, а это означает, что теперь необходимо намотать на него проволоку. Как сделать электромагнит из обычного гвоздя и медной проволоки? Очень легко. Главное — наматывать проволоку плотно, рядами, прилегающими друг к другу (сделать это необходимо, как минимум, в 4 слоя). Данную операцию следует выполнять достаточно осторожно, чтобы не допустить разрыва, не то такой электромагнит работать не будет.
Устройство работает от электроэнергии, поэтому получившуюся конструкцию необходимо подключить к источнику питания, использовать батарейку. Итак, давайте рассмотрим последний этап того, как сделать электромагнит. Катушка готова и у неё остались два свободных конца медной проволоки. Их необходимо немного зачистить при помощи ножа и подключить к источнику электроэнергии, зафиксировав изолентой. Можно припаять провода к полюсам батарейки, чтобы лучше зафиксировать контакт. Также для удобства обращения с ним можно установить выключатель, который позволит его включать только по мере необходимости.
Принцип действия созданного устройства очень прост. На катушку, состоящую из стержня и медной проволоки, подается энергия, в результате чего катушка намагничивается. Все очень просто! И вы теперь знаете, как сделать электромагнит самостоятельно. Такие знания непременно пригодятся!
Как сделать мощный электромагнит?
Если требуется сделать устройство намного мощнее, чем получилось, то для этого необходимо увеличить катушку. Это достигается за счет увеличения количества витков и количества слоев.
Слайд 7. Примеры применения электромагнитов:
Демонстрационный опыт 5.
Опыт с моделью электрического звонка.
Демонстрационный опыт 6.
Опыт с моделью телеграфного аппарата.
Соленоид и его магнитные свойства. Электромагниты
Короткие провода применяются редко. Тем более, что при небольшом токе вокруг них возникает и небольшое магнитное поле. Для усиления магнитного действия прямой провод сворачивают в виде спирали на непроводящем трубчатом каркасе (дереве, пластмассе, керамике). Такое устройство называется соленоидом (от греч. «солен» — «трубка»). Проще говоря, это катушка с током.
Магнитные поля полосового магнита и катушки-соленоида очень похожи. Силовые линии катушки выходят с северного полюса, в южный полюс входят.
Определить полюсы соленоида можно, поднеся к краю катушки магнит. Если цепь замкнута, и по катушке идет ток, то магнит или притянется к соленоиду, или оттолкнется от него. Например, к катушке приблизили северный полюс магнита, подвешенный на нити.
Магнит оттолкнулся от края катушки. Но ведь отталкиваются одноименные полюсы. Значит, приблизили магнит к северному полюсу соленоида. С другой стороны будет находиться южный полюс.
Магнит будет притягиваться к катушке, значит, рядом с магнитом находится южный полюс катушки, так как притягиваются разноименные полюсы.
Направление линий магнитного поля катушки с током помогает определить второе правило правой руки.
Получается, что соленоид можно использовать как магнит, если подключить такой магнит к источнику тока. Это будет уже не постоянный магнит, а созданный с использованием электрического тока, который срабатывает при включении в электрическую сеть.
При изменении (увеличении или уменьшении) магнитного действия соленоида можно пойти тремя путями:
Приспособление, состоящее из катушки с током и сердечника внутри нее, называется электромагнитом. Это одна из главных частей большинства электротехнических приборов, систем и устройств:
Грузоподъемный магнит.
Домофон с электромагнитом.
Вентилятор с электродвигателем.
Самый первый электромагнит был изготовлен англичанином У. Стердженом в 1825 году. Его магнит массой 200 г сумел удержать тело в 3 кг 600 г. Через шесть лет американец Дж. Генри создал электромагнит, который поднимал уже 1000 кг.
Интересно и просто на основе электромагнита работает электрический звонок.
Магнитное поле тока
Раньше наука рассматривала явление магнетизма связанное только с постоянными магнитами. Но в 19 веке ученые доказали связь магнетизма и электричества. Доказательством этой связи будет опыт с катушкой c металлическим сердечником, подключенной к источнику питания. При подаче напряжения на катушку сердечник намагничивается и становится электромагнитом, который притягивает металлическую стружку. Когда выключается источник тока, сердечник теряет свои магнитные свойства.
Так каким образом электрический ток намагничивает металлический сердечник? Видимо вокруг проводов катушки создается магнитное поле, которое и намагничивает сердечник.
Магнитное поле прямолинейного проводника
Проверим наличие магнитного поля у прямолинейного проводника, поместив магнитную стрелку под проводом по которому проходит ток. При изменении направления тока стрелка будет отклонятся в ту или иную сторону и стоять под углом к проводнику, который меняется от величины тока в проводе. Чем больше ток в проводнике, тем на больший угол поворачивается стрелка. При определенным электрическом токе магнитная стрелка установится перпендикулярно проводу и будет находится в таком положении даже при ее движении вдоль проводника. Это значит, что вдоль всего проводника присуствует магнитное поле, на которое и реагирует намагниченная стрелка.
Вариант 1
1. Приведите примеры промышленного использования электромагнитов.
2. Какие изменения в свойствах электромагнита произойдут, если внутрь катушки внести железный стержень?
3. На рисунке указаны полюса источника тока, к которому присоединен электромагнит. Какой полюс электромагнита располагается наверху?
4. На рисунке указано положение северного полюса электромагнита. Где располагается положительная клемма источника тока?
5. Почему северный полюс магнитной стрелки показывает на север?
Вариант 2
1. Какое преимущество имеют электромагниты перед постоянными магнитами?
2. Как изменятся магнитные свойства катушки с током, если в ней увеличить силу тока?
3. На рисунке указаны полюса источника тока, к которому присоединен электромагнит. Какой полюс электромагнита располагается справа?
4. На рисунке указано положение южного полюса электромагнита. Где располагается положительная клемма источника тока?
5. Что является основной частью компаса? В каких районах Земли магнитная стрелка ведет себя «странно»?
Ответы на самостоятельную работу Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение. Постоянные магниты. Магнитное поле постоянных магнитов. Магнитное поле Земли 8 класс Вариант 1 1. Для сортировки деталей, магнитные держатели, в звуковых устройствах, например, в звукоснимателе, магнитные сепараторы для зерна. 2. Электромагнитные свойства усилятся. 3. Южный полюс. 4. Положительная клемма расположена снизу. 5. Максимальное количество магнитных зарядов Земли находятся на Северном и Южном магнитных полюсах (не совпадающих с полюсами географической зоны). Стрелка поворачивается к противоположным магнитным зарядам Земли и всегда показывает на Север. Вариант 2 1. Электромагниты обладают свойства притягивать объекты тогда, когда нам это необходимо. Начинает течь ток и магнит работает. Можно менять вектор магнитной индукции, изменяя величину силы тока, или его направления. 2. Магнитные свойства катушки увеличатся. 3. Южный полюс 4. Положительная клемма расположена сверху. 5. Магнитная стрелка, является основной частью компаса. Странно стрелка будет вести себя на экваторе. Также странно будет вести себя в местах магнитной аномалии, чаще всего там располагаются большие залежи железной руды.
Тест по теме «Магнитное поле»
Просмотр содержимого документа «Тест по теме «Магнитное поле»»
Тест по теме «Магнитное поле» 8 класс
1. Какое явление наблюдается в опыте Эрстеда?
А) взаимодействие проводников с током; Б) взаимодействие двух магнитных стрелок;
В) поворот магнитной стрелки вблизи проводника с током.
2. Возле проводника с током расположена магнитная стрелка. Как изменится ее направление, если изменить направление силы тока?
3. Почему магнитная стрелка поворачивается вблизи проводника с током?
А) на нее действует магнитное поле; Б) на нее действует электрическое поле;
В) на нее действует сила притяжения; Г) на нее действуют магнитные и электрические поля.
4. Какая связь существует между электрическим током и магнитным полем?
А) магнитное поле существует вокруг неподвижных заряженных частиц;
Б) магнитное поле существует вокруг любого проводника с током;
В) магнитное поле действует на неподвижные заряженные частицы.
5. Что является надежным защитником человека от космических излучений?
А) магнитное поле Земли; Б) земная атмосфера; В) и то и другое.
6. Как взаимодействуют между собой полюсы магнита?
А) одноименные полюса отталкиваются, разноименные полюса притягиваются;
Б) разноименные полюса отталкиваются, одноименные полюса притягиваются;
В) не взаимодействуют.
7. Чем объяснить, что магнитная стрелка устанавливается в данном месте Земли в определенном направлении?
А) существованием электрического поля; Б) существованием магнитного поля Земли;
В) существованием электрического и магнитного полей Земли.
8. Как называются магнитные полюсы магнита?
А) положительный, отрицательный; Б) синий, красный; В) северный, южный.
9. Где находятся магнитные полюсы Земли?
А) вблизи графических полюсов; Б) на географических полюсах;
В) могут быть в любой точке Земли.
10. Какое сходство имеется между катушкой с током и магнитной стрелкой?
А) катушка с током, как и магнитная стрелка, имеет два полюса — северный и южный;
Б) существует электрическое поле; В) действуют на проводник с током.
11. Как изменяется магнитное действие катушки с током, когда в нее вводят железный сердечник?
А) уменьшается; Б) не изменяется; В) увеличивается.
12. Что надо сделать, чтобы изменить магнитные полюсы катушки с током на противоположные?
А) изменить направление электрического тока в катушке;
Б) изменить число витков в катушке; В) ввести внутрь катушки железный сердечник.
13. Что собой представляет электромагнит?
А) катушка с током с большим числом витков; Б) катушка с железным сердечником внутри;
В) сильный постоянный магнит.
14. Какие устройства применяются для регулирования тока в катушке электромагнита?
Главное.
Для перевода кратных и дольных единиц измерения в СИ нужно помнить степень 10, которую показывает приставка (например кило-, санти-, и т. д.).
Несколько основных кратных единиц измерения:
Кило — [к] — 10³. Пример: 1 км = 10³ м (километр).
Мега — [М] — 10⁶. Пример: 1 МПа = 10⁶ Па (мегапаскаль).
Гига — [Г] — 10⁹. Пример: 1 ГГц = 10⁹ Гц (гигагерц).
Тера — [Т] — 10¹². Пример: 1 ТВ = 10¹² В (терравольт).
Пета — [П] — 10¹⁵. Пример: 1 ПН = 10¹⁵ Н (петаНьютон).
Другие используются достаточно редко.
Несколько основных дольных единиц измерения:
Деци — [д] — 10⁻¹. Пример: 1 дм = 10⁻¹ м (дециметр).
Санти — [c] — 10⁻². Пример: 1 см = 10⁻² м (сантиметр).
Милли — [м] — 10⁻³. Пример: 1 мН = 10⁻³ Н (миллиньютон).
Микро — [мк] — 10⁻⁶. Пример: 1 мкКл = 10⁻⁶ Кл (микрокулон).
Нано — [н] — 10⁻⁹. Пример: 1 нс = 10⁻⁹ с (наносекунда).
Пико — [п] — 10⁻¹². Пример: 1 пФ = 10⁻¹² Ф (пикофарад).
Другие используются также достаточно редко.