Підручник Фізика 9 клас - Т.М. Засєкіна - Оріон 2017 рік

Розділ 1 МАГНІТНІ ЯВИЩА

§ 7. ЕЛЕКТРОМАГНІТИ

Ви дізнаєтесь

- Як самому виготовити електромагніт

Пригадайте

- Що таке постійні магніти

- Як визначати напрямок ліній магнітного поля

Магнітне поле котушки зі струмом. Як було з’ясовано в попередніх параграфах, навколо будь-якого провідника зі струмом існує магнітне поле. За допомогою установки, що зображена на малюнку 38, а можна спостерігати магнітне поле витка зі струмом. Якщо замкнути електричне коло, то залізні ошурки, насипані на горизонтальну пластинку, розташуються колами навколо точок перетину витка з пластинкою (мал. 38, б). Це пояснюється тим, що виток зі струмом можна уявно поділити на велику кількість ділянок, кожну з яких можна вважати близькою до прямолінійного провідника зі струмом. Більш потужне магнітне поле можна отримати за допомогою котушки, яка складається з великої кількості витків дроту, по якому протікає електричний струм (мал. 38, в). У цьому разі магнітні поля окремих витків взаємно підсилюються й результуюче магнітне поле виявляється значно потужнішим. Як видно на малюнку 38, г, лінії індукції магнітного поля котушки всередині її витків мають вигляд паралельних прямих, розташованих уздовж осі котушки. Лінії індукції магнітного поля навколо котушки є замкнутими кривими.

Щоб отримати магнітне поле з паралельними магнітними силовими лініями, як кажуть, однорідне магнітне поле, застосовують довгі котушки, які отримали назву соленоїди (від грец. solen — трубка). У такому випадку напрямок магнітних силових ліній і напрямок вектора індукції магнітного поля збігаються.

Мал. 38. Дослідження магнітного поля витка та котушки зі струмом: а, в — установки для спостереження магнітного поля; б, г — графічне зображення магнітного поля

Розгляньте ще раз уважно малюнок 38, г. Що вам нагадує вигляд магнітного поля котушки? Здогадались? Якщо ні, зверніться до малюнка 8, в у § 2. Магнітне поле котушки зі струмом подібне до магнітного поля плоского постійного магніту. Це підтверджено й дослідами: на кінцях котушки магнітне поле інтенсивніше, тобто котушка зі струмом має два полюси — північний і південний.

У магнітному полі Землі котушка зі струмом поводить себе так само, як і магнітна стрілка. Якщо котушку зі струмом вільно підвісити на достатньо довгих і гнучких провідниках, то вона встановиться таким чином, що один її кінець вказуватиме на північ, а другий — на південь.

Магнітні полюси котушки можна визначити за допомогою магнітної стрілки, або знаючи напрямок струму у витках котушки (за правилом свердлика чи правої руки).

Правило свердлика. Якщо ручку свердлика обертати в напрямку струму у витках котушки, то напрямок поступального руху його вістря вказуватиме на північний полюс магнітного поля котушки (мал. 42, а).

Правило правої руки. Якщо праву руку розмістити так, щоб чотири пальці вказували на напрямок струму у витках котушки, то відігнутий великий палець вказуватиме на північний полюс магнітного поля котушки (мал. 39, б).

Мал. 39. Визначення полюсів магнітного поля котушки: а — за допомогою правила свердлика; б — за допомогою правої руки

Поза котушкою силові лінії магнітного поля спрямовані від його північного полюса до південного.

За цими самими правилами можна визначити напрямок струму у витках котушки (полярність її включення), якщо відоме розміщення полюсів її магнітного поля.

Як посилити магнітну дію котушки зі струмом. Можливо, ви вже й самостійно можете зробити такі висновки: щоб підсилити магнітне поле котушки, потрібно збільшити кількість витків, та/або збільшити силу струму в її витках. Переконаємось у цьому на дослідах.

Розглянемо електричне коло, яке складається з послідовно з’єднаних джерела струму, котушки, реостата та вимикача (мал. 40, с. 30). Для виявлення магнітного поля котушки зі струмом використаємо залізні цвяхи. Замкнемо коло. Цвяхи притягнуться до котушки зі струмом унаслідок дії її магнітного поля. За допомогою реостата змінюватимемо силу струму в котушці. При збільшенні сили струму дія магнітного поля котушки зі струмом підсилюється (мал. 40, б, с. 30). При значному збільшенні значення сили струму побачимо, що цвяхи притягуватимуться до котушки навіть тоді, коли вона перебуватиме на досить значній відстані від них. При зменшенні сили струму в котушці її магнітне поле слабшає.

Мал. 40. Дослідження магнітної дії котушки залежно від сили струму в її витках

А чи існує спосіб посилення магнітного поля котушки зі струмом без збільшення сили струму й кількості витків? Як виявилось, магнітне поле котушки при сталій силі струму в ній можна значно підсилити, якщо помістити в неї залізне осердя. Розглянемо котушку зі струмом, до якої притягуються залізні цвяхи (мал. 41, а). Не змінюючи силу струму у витках котушки, помістимо в неї залізне осердя (мал. 41, б). Помітимо, що до котушки з осердям значно інтенсивніше притягуються цвяхи. Отже, завдяки наявності осердя дія магнітного поля котушки зі струмом збільшилася. (Спробуйте пояснити цю властивість самостійно. Для цього ще раз зверніться до § 3).

Електромагніти. Котушку із залізним осердям усередині називають електромагнітом.

Найпростіший електромагніт можна виготовити, намотавши кілька витків ізольованого дроту на залізний цвях (гвинт). Якщо кінці провідника приєднати до гальванічного елемента, то виготовлений вами електромагніт почне притягувати маленькі металеві предмети, наприклад скріпки (мал. 42, а).

Для збільшення притягальної дії електромагнітів використовують дві котушки, які під’єднують до джерела струму послідовно й закріплюють на U-подібному осерді (мал. 42, б).

Мал. 41. Дослідження магнітної дії котушки залежно від наявності залізного осердя

Мал. 42. Електромагніти: а — саморобний електромагніт; б — модель електромагніту підсиленої дії

Мал. 43. Промислові електромагніти

У техніці та на виробництві широко використовують промислові електромагніти (мал. 43).

Речовини, що намагнічуються в зовнішньому магнітному полі й підсилюють його, поділяють на магнітотверді і магнітом’які матеріали. Магнітотверді матеріали використовуються для виготовлення постійних магнітів. Такі матеріали довго зберігають стан намагніченості навіть після припинення дії зовнішнього магнітного поля.

Осердя промислових електромагнітів виготовляють з магнітом’яких матеріалів. Котушки таких магнітів виготовляють з великою кількістю витків, намотуючи їх у декілька шарів. Електромагніти з осердям з магнітом’яких матеріалів знайшли широке застосування, оскільки швидко розмагнічуються при вимиканні струму, а їх магнітну дію можна легко регулювати, змінюючи силу струму в котушці. Електромагніти з великою підйомною силою використовують для перенесення залізних виробів та брухту чорних металів.

Електромагніти використовують не лише для перенесення металобрухту. У магнітному сепараторі (мал. 44) електромагніт використовують для очищення зерна від насіння бур’янів.

Мал. 44. Магнітний сепаратор: а — схематичне зображення; б — зовнішній вигляд

Для цього в зерно додають дрібні залізні ошурки, які не прилипають до гладенької поверхні зерна, але прилипають до насіння бур’янів. З бункера зерно потрапляє на барабан, усередині якого є електромагніт. Коли барабан обертається, насінини бур’янів разом із залізними ошурками притягуються до нього, а зерно — ні. Завдяки цьому й відбувається очищення зерна.

Електромагніти є основними складовими частинами електромагнітних реле, які працюють при порівняно малих струмах, але дозволяють автоматично замикати та розмикати електричні кола з великими робочими значеннями сили струму.

Підбиваємо підсумки

- Усередині довгої котушки (соленоїда) магнітне поле однорідне, тобто його силові лінії (або лінії індукції магнітного поля) паралельні.

- Котушка зі струмом має два полюси — північний і південний, тому в магнітному полі Землі вона поводить себе так само, як і магнітна стрілка.

- Щоб підсилити магнітне поле котушки, потрібно збільшити кількість її витків або силу струму в ній, чи помістити в котушку залізне осердя.

- Котушки зі струмом, у які поміщене залізне осердя, — електромагніти — широко використовують у техніці.

ФОРМУЄМО КОМПЕТЕНТНІСТЬ

Я поміркую й зможу пояснити

1. Як визначають напрямок магнітного поля всередині колового провідника зі струмом? Котушки зі струмом? Як змінити напрямок магнітного поля колового провідника або котушки зі струмом на протилежний?

2. Чим відрізняється магнітне поле всередині котушки зі струмом від магнітного поля одного витка за всіх інших однакових умов?

3. Назвіть способи зміни величини індукції магнітного поля котушки зі струмом.

4. Що називають електромагнітами? Назвіть основні властивості електромагнітів. Наведіть приклади використання електромагнітів.

5. Чому при виготовленні електромагнітів на осердя потрібно намотувати ізольований провід?

Я вмію досліджувати й експериментувати

Виготовити електромагніт можна і в домашніх умовах (мал. 45). Для цього нам знадобляться: залізний цвях (завдовжки 7-10 см); ізольований мідний дріт (завтовшки 1 мм); наждачний папір; ізоляційна стрічка; батарейка.

Намотайте мідний дріт на цвях. Зверніть увагу на те, щоб кожний наступний виток щільно прилягав до попереднього. Намотати дріт потрібно так, щоб залишилися вільні кінці. Для того щоб дріт не розмотувався, закріпіть його ізоляційною стрічкою. Далі за допомогою наждачного паперу зніміть ізоляцію з кінців дроту. З’єднайте зачищені кінці дроту з полюсами батареї. Після цього ваш електромагніт буде притягувати маленькі металеві предмети.

Мал. 45. Саморобний електромагніт

Я можу застосовувати знання й розв'язувати задачі






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.