Лабораторная работа: Лабораторні роботи з фізики
Загальні теоретичні положення
Магнітне поле, як і електричне, є одним з видів матерії. Воно виникає, наприклад, при русі електрично заряджених частинок і навколо провідників зі струмом. Магнітне поле має енергію, яка називається енергією магнітного поля. Тому, якщо в магнітне поле, що оточує провідник з електричним струмом, внести другий провідник зі струмом, то на останній діє сила магнітного поля. В свою чергу магнітне поле другого провідника зі струмом діє на перший. Під дією сил поля провідник зі струмом може переміщуватися; в цьому випадку виконується робота за рахунок енергії магнітного поля. Електричний струм у провіднику і магнітне поле навколо нього – нерозривно зв’язані явища.
Інтенсивність магнітного поля у кожної його точці характеризується (магнітною індукцією) вектором індукції магнітного поля - 
, [Тл] ; магнітне поле зручно зображати силовими лініями, до яких вектор напрямлен по дотичній. Магнітна індукція у будь-якій точці поля навколо провідника з електричним струмом залежить від величини сили струму I, форми провідника, відстані точці від провідника і від властивостей середовища, у якому знаходиться магнітне поле.
Магнітні силові лінії завжди замкнені і мають напрямок від північного полюса (N) до південного (S), що показано на малюнку 1. Щоб дослідити напрямок вектора індукції магнітного поля - у будь-якій точці, використовують магнітну стрілку (компас), яка може вільно обертатись навколо власної осі і орієнтується за напрямком вектора . Щоб побачити форму силових ліній у горизонтальній площині, використовують оргскло, на яке рівномірно розсипають намагнічені мілкі металеві ошурки. Останні під дією магнітного поля орієнтуються за його напрямком.
Правило взаємодії магнітних полюсів: однойменні магнітні полюса відштовхуються один від одного (S-S; N-N), а різнойменні – притягуються (S-N; N-S). Якщо до магнітного полюса котушки зі струмом піднести однойменний полюс постійного магніту, то вони відштовхуються, а якщо піднести різнойменний, - притягуються. У цьому випадку не обов’язково знати напрямок струму у котушці, щоб визначити її полюса.
На прямий провідник довжиною l зі струмом І, вміщений у магнітне поле з індукцією , діє сила Ампера 
, напрям якої визначається за правилом лівої руки, де α - кут між вектором і напрямком струму I.
|
Навколо котушки зі струмом існує магнітне поле, яке подібне полю прямого магніту.
Якщо відомий напрямок струму у котушці, то для визначення напрямку силових ліній магнітного поля кругового струму котушки (соленоїда) використовують правило Буравчика: якщо ручку буравчика обертати за напрямком колового струму, то поступовий рух його острія вкаже напрямок магнітних силових ліній внутрі колового струму.
Отже, скориставшись правилом Буравчика, визначають полюса котушки, по виткам якої тече коловий струм. У цьому випадку не обов’язково мати магніт, щоб визначити її полюса.
Малюнок 2 - Електросхема дослідної установки
Малюнок 3 - Дослідна установка
Порядок виконання роботи
Підвісьте котушку до штатива, приєднавши її до джерела струму послідовно з реостатом і вимикачем. Попередньо вимикач К1 слід розімкнути, а повзунок реостата встановити на максимальний опір.
До підвішеної котушки піднесіть магніт південним полюсом (S) до її торця і, замикаючи коло, спостерігайте за рухом котушки. Визначте магнітні полюса котушки по ефекту взаємодії котушки і магніту, користуючись правилом взаємодії магнітних полюсів.
У звіті про роботу зробіть малюнки магніту і котушки, вкажіть напрям силових ліній магнітної індукції в котушці, пом’ятая, що вони виходять з північного полюса (N), а заходять до південного (S).
Визначте напрям струму I в котушці по напрямку обертання ручки буравчика, якщо його острій поступово рухається від південного (S) до північного (N) полюса котушки (правило буравчика). Замість буравчика можна використовувати звичайну письмову ручку з правогвинтовою різьбою.
Перевірте визначений напрямок струму I у котушці, користуючись позначками клеми (+) і клеми (-) джерела струму.
Змініть напрям струму у електричному колі, під’єднавши по іншому джерело струму. Визначте передбачуваний напрям руху котушки відносно південного полюса магніту, виконуя пункти 4.1, 4.2, 4.3. і 4.4.
Піднесіть магніт іншим полюсом (північним) до того ж самого торця котушки. Визначте передбачуваний напрям руху котушки відносно цього полюса магніту. Накресліть малюнок за пунктами 4.3. і 4.4.
Контрольні запитання
Чи подібні ефекти взаємодії магнітних полюсів і електричних зарядів?
Чому для досягання мети цієї роботи використовують котушку з намотаним на неї мідним провідником, а не з залізним?
У якому напрямку тече струм у електричному колі, якщо на клемах джерела струму є позначки (+) і (-) ?
Як визначити напрям струму у електричному колі, якщо на клемах джерела струму відсутні позначки (+) і (-) ?
Що буде з магнітом, якщо його поділити на дві частини?
Що називають силовими лініями магнітного поля? Який напрямок вони мають?
Що визначає правило буравчика для колового струму і для прямолінійного струму?