Дослід Ерстеда з магнітною стрілкою

Мета: переконатися у тому, що навколо провідника зі струмом існує магнітне поле.

Illustration

Дослід здійснено за допомогою набору для проведення лабораторних та демонстраційних робіт з курсу електрики та магнетизму EdPro AMPERIA

ПІДГОТОВКА ДО ПРАКТИЧНОГО ЗАНЯТТЯ

1.

Підготувати необхідне для виконання експериментів обладнання та переконатися у його справності.Інформацію про комплектацію набору EdPro Amperia та інструкцію з його використання можна знайти за посиланням https://amperia.edpro.ua/instruction.

Illustration

джерело струму

Illustration

реостат

Illustration

магнітна стрілка(компас)

Illustration

з’єднувальні провідники(2 з яких з контактами типу “крокодил”)

2.

Роздрукуйте роздаткові матеріали для учнів відповідно до кількості робочих груп. Набір EdPro Amperia призначений для роботи групи з 4-х учнів.Роздаткові матеріали з лабораторної роботи можна завантажити, натиснувши на кнопку "МАТЕРІАЛИ ДЛЯ УЧНІВ".

3.

Перед початком практичної роботи нагадайте учням основні поняття та закони до цієї теми, а також ознайомте їх з технікою безпеки.

ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ

 У випадку неправильного під’єднання провідників у колі може відбутися коротке замикання. Хоча джерело струму EdPro Amperia має програмний захист від короткого замикання, все ж варто уникати такої ситуації. Повний текст рекомендацій з техніки безпеки під час роботи з набором EdPro Amperia доступний за посиланням https://amperia.edpro.ua/safety.

ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ ТА ЗАКОНИ

Провідник зі струмом утворює магнітне поле

Провідник зі струмом створює магнітне поле, індукцію якого можна розрахувати із закону Біо-Савара-Лапласа або із теореми про циркуляцію вектора магнітної індукції

Illustration

В — індукція магнітного поляI — струм через провідникr — віддаль до нього

Illustration

μ0 — магнітна стала
B ~ I

Індукцію магнітного поля можна також розрахувати з використанням теореми про циркуляцію

Illustration

Принцип роботи магнітної стрілки

Земля є великим магнітом та має власне магнітне поле. Воно захищає її поверхню від космічного випромінювання та дозволяє орієнтуватися на її поверхні.

Магнітна стрілка, що є головною частиною магнітного компасу — це маленький постійний магніт, закріплений так, щоб він міг легко обертатися навкого своєї осі.

Illustration

Зверніть увагу!Магнітна стрілка дуже легко “перемагнічується” будь-яким потужним магнітом.Тобто під час експериментів можлива ситуація, коли синій “північний” полюс насправді буде орієнтований на південь і навпаки.

Лінії магнітного поля входять в магніт через південний полюс (S) а виходять через північний (N).

Illustration

Магнітні та географічні полюси Землі

Illustration

Стрілка компаса повертається північним полюсом до північного магнітного полюса Землі, біля якого знаходиться північний географічний полюс Землі.
З фізичної точки зору, північний магнітний полюс Землі є південним полюсом земного магніту і навпаки. Такі назви закріпилися історично — північний полюс стрілки компаса приблизно вказує на північ.
Синя стрілка компаса (N) показує приблизно в напрямку географічної півночі. Відхилення напрямку на магнітний полюс від напрямку на географічний називають магнітним схиленням. Воно різне для різних місць на поверхні Землі.Причиною такого явища є те, що магнітна вісь Землі знаходиться під кутом 10 градусів до геометричної осі. Також на рух магнітної стрілки можуть впливати інші джерела магнітного поля — деякі руди, металеві предмети, провідники зі струмом тощо.

Правило правої руки для магнітної індукції

Illustration

Напрям ліній магнітного поля визначається за правилом правого гвинта або правилом правої руки.Якщо обхопити правою рукою провідник таким чином, щоб великий палець вказував напрям струму в ньому, то решта пальців буде вказувати напрям ліній магнітного поля.

Момент сили, який повертає стрілку

Illustration

Момент сили, який повертає стрілку із магнітним моментом P у полі з індукцією B ~ I:

Illustration
Illustration

Тобто ця сила пропорційна величині струму та обернено пропорційна до віддалі стрілки від провідника.При цьому сила спрямована так, щоб повернути стрілку перпендикулярно до провідника — так, щоб стрілка розташовувалася уздовж ліній магнітного поля.

ХІД РОБОТИ З НАБОРОМ AMPERIA

1.

Illustration
Illustration
Illustration

Щоб досягнути величини струму в 1 А, треба вибрати напругу ~5 В та посунути бігунок реостата у позицію, у якій його опір є найменшим.

2.

Illustration
Illustration

Зверніть увагу!Під час проведення експерименту компас потрібно рухати дуже обережно, інакше стрілка почне коливатися.Після кожного переміщення стрілці потрібно дати можливість “заспокоїтися”.

3.

Illustration
Illustration

4.

Illustration
Illustration

5.

Illustration
Illustration

6.

Illustration
Illustration

Зверніть увагу!Перш ніж приступити до експерименту, розмістіть магнітну стрілку на столі та визначіть її орієнтацію. Потрібно переконатися, що поруч із стрілкою немає сильних магнітів чи увімкнутих електропристроїв. Для цього перевіряємо, чи стрілка не змінює свій напрямок (назвемо його “нормальним”), коли ми рухаємо пристроєм по поверхні стола в будь-якому напрямку.Для проведення досліду потрібно використовувати якомога довші провідники.

Illustration

Найпростіше електричне коло

Illustration

Провідники та діелектрики

Illustration

Залежність сили струму від напруги на ділянці кола та від опору цієї ділянки. Закон Ома для ділянки кола постійного струму

Illustration

Вимірювання опору провідника за допомогою вольтметра та амперметра

Illustration

Гальванічний елемент

Illustration

Послідовне з’єднання провідників

Illustration

Паралельне з'єднання провідників

Illustration

Залежність опору від матеріалу, довжини та площі перерізу провідника

Illustration

Взаємодія електромагніту з постійним магнітом

Illustration

Електромагнітна індукція

Illustration

Явище самоіндукції

Illustration

Вимірювання ЕРС і внутрішнього опору джерела струму

Illustration

Дослід Ерстеда з магнітною стрілкою

Illustration

Принцип дії трансформатора

Illustration

Вольт-амперна характеристика напівпровідникового діода

Illustration

Конденсатор. Збереження електричної енергії, заряджання та розряджання конденсатора