Провідник зі струмом у магнітному полі

Експериментальна установка

У цьому експерименті передбачається якісна перевірка справедливості закону Лоренца.

Під час руху заряджених частинок сила Лоренца зумовлює прискорення і, таким чином, відхилення траєкторії руху в зовнішньому магнітному полі, перпендикулярне напряму швидкості частинки і магнітному полю.

У гучномовцях, наприклад, є звукові котушки, розташовані в магнітному полі. Відхилення (прогин котушок), зрештою, також засноване на дії сили Лоренца.

попередні знання

Учні мають бути ознайомлені з дією сили Ампера та вміти застосовувати правило правої руки. Вони також мають уміти визначати напрямок силових ліній магнітного поля і знати, що силові лінії поля поза постійним магнітом або електромагнітом проходять із північного до південного полюса і що електричний струм тече від позитивного до негативного полюса.

Принцип

Якщо частинка з зарядом рухається зі швидкістю у магнітному полі , то на неї починає діяти сила Лоренца :

На струмопровідний провідник, розміщений у магнітне поле, також діє сила (сила Ампера), що дорівнює:

Мета навчання

Завдання

Учні повинні усвідомити, що на провідник зі струмом у магнітному полі діє сила і вміти визначати її напрямок.

У цих експериментах робиться тільки якісне твердження про силу Ампера, що діє на провідник зі струмом. Учні мають знати, що на провідник, через який протікає струм, у магнітному полі діє "відхиляюча" сила, оскільки на кожний електрон струму в магнітному полі діє така сама "відхиляюча" сила. Відхилені електрони "забирають" із собою провідник: переміщуючи провідник, ми переміщуємо разом із провідником усі електрони, що містяться в ньому, а під час переміщення в магнітному полі електричних зарядів на них діятиме сила.

З'ясуйте, чи діють на провідник зі струмом, що перебуває в магнітному полі, сили і який напрямок ці сили мають.

Примітки

Блок живлення має електронний захист від перевантаження, максимальний струм - 2 А. У другій частині експерименту в якості джерела живлення потрібна батарея, тривалість короткого замикання якої повинна бути якомога меншою.

Завдяки цьому експерименту можна отримати достовірні результати, навіть якщо виконати лише першу частину експерименту.

Правило правої руки: Якщо великий палець правої руки вказує в напрямку струму, а вказівний палець - напрямок силових ліній магнітного поля, то середній палець, розгорнутий під прямим кутом, вказує в напрямку сили, що діє на провідник.

До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.

В більшості гучномовців встановлені так звані звукові котушки. Це маленька котушка, розташована в магнітному полі. Коли через котушку протікає струм, вона рухається в магнітному полі вперед-назад. Оскільки котушка міцно з'єднана з мембраною, то при її русі мембрана гучномовця також починає рухатися. Завдяки цьому приводиться в рух навколишнє повітря і виникає звук. Таким чином, складні музичні твори можна зберігати і відтворювати у вигляді осцилограм напруги.

У цьому експерименті учні досліджують властивості провідника зі струмом, який перебуває в магнітному полі.

Як механічний рух може бути згенерований електричним струмом?

Пропустіть електричний струм через провідник, що перебуває в магнітному полі. Вивчіть, чи діють сили на провідник і в якому напрямку вони діють.

• Піднесіть магніт до найнижчої точки дроту таким чином, щоб його відстань від дроту становила лише кілька міліметрів, а північний полюс спочатку був спрямований вниз.
• Замкніть вимикач на короткий час (максимум на 1-2 секунди). Поспостерігайте за поведінкою дроту і негайно знову розімкніть вимикач. (Обережно: практично відбувається коротке замикання!) Потім тримайте магніт над дротом так, щоб південний полюс був спрямований вниз, і повторіть вимірювання. Запишіть свої спостереження в протокол.
• Поміняйте полярність на джерелі живлення і повторіть обидва вимірювання (див. вище). Запишіть свої спостереження.
• Встановіть напругу живлення на 0 В і вимкніть його.

Змініть експериментальну установку, як показано на рисунках. Спочатку вимикач знову розімкнутий.

Для цього встановіть котушку з 400 витками на подібне залізне осердя і підключіть її до блоку живлення. Помістіть залізне осердя з котушкою на стіл так, щоб відповідно зігнутий дріт проходив між кінцями ніжок осердя, не торкаючись їх і котушки, щоб не заблокувати її.

Вставте батарею з тримачем в модуль з подвійними роз`ємами для підключення.