Розробка - Демонстрація руху провідника зі струмом в магнітному полі

     Демонстрація руху провідника зі струмом в магнітному полі

    Як відомо з історії датський фізик Ганс Християн Ерстед в 1820 році виявив, що навколо провідника з постійним струмом виникає магнітне поле, яке може взаємодіяти з іншим магнітним полем. Сила, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі, називається силою Ампера. Сила F, яка діє в магнітному полі на провідник зі струмом, пропорційна силі струму I в ньому – це також виявив Ампер Андре Марі, відомий французький  фізик, математик також в 1820 році.

   Якщо провідник розташувати між полюсами постійного підковоподібного магніту та пропустити через нього електричний струм, він почне рухатися – це класичне проведення досліду. Якщо не має підковоподібного магніту для класичного проведення досліду, то демонстрацію руху провідника з струмом можливо зробити скориставшись тороїдальним магнітом від гучномовців.  Такий магніт можна від’єднати від гучномовця, а можливо також взяти магніт разом з гучномовцем – використовувати тильну сторону гучномовця. З однієї сторони тороїдального магніту буде північний полюс, а з протилежної сторони – південний полюс. На фото 1 показано можливі варіанти магнітів, тобто зняті з гучномовця і разом з гучномовцем, показано також касету з елементом живлення, провідник для досліду і кнопку з нормально розімкнутими контактами.  

        Фото 1

  На фото 2 показано провідник над магнітом в стані спокою, тобто посередині магніту – струм в провіднику відсутній.

  Фото 2

     Якщо над магнітом розташувати провідник і пропустити по ньому постійний струм 2…3 А, то провідник буде рухатись. Практично  зробити це досить просто – беремо відрізок мідного дроту  ПЭВ 2,0 мм довжиною 10…12 см і знімаємо за допомогою ножика ізоляцію на кінцях провідника, до якого приєднуємо гнучкі багатожильні провідники довжиною 40…60 см.  До гнучких провідників через кнопку з  нормально розімкнутими  контактами  підключаєм один елемент живлення на 1,5 В, типу АА. Слід зауважити, що елемент живлення повинен бути «свіжим», в противному разі він не забезпечить струм 2…3 А. Можливо також провести дослід від джерела живлення на 12 В, подавши струм на провідник через (послідовне включення) автомобільну електролампу розжарення на 12 В, 45 Вт.  Щоб дослід був більш достовірним – краще закріпити гнучкі провідники в штативі на певній висоті, або до стільчика.  Встановлюємо основний провідник посередині тороїдального магніту, так щоб він не доторкався до магніту – при натисканні кнопки піде струм по провіднику і провідник відхилиться вбік. Якщо змінити напрям струму в провіднику, то провідник буде відхилятись в інший бік. Якщо магніт повернути іншим полюсом, то провідник також буде рухатись в інший бік. Якщо розміщувати провідник зі струмом на різних відстанях від магніту, то виявиться, що зі збільшенням цієї відстані магнітна взаємодія слабшає, і навпаки: що меншою є відстань до провідника зі струмом, то магнітне поле сильніше діє на провідник. Мінімальна відстань між основним провідником і магнітом 1 мм. Якщо відстань збільшувати, то сила взаємодії зменшиться. Згідно закону Ампера сила взаємодії збільшується при збільшенні величини струму в провідникові. Провідник в процесі руху зафіксовано на фото 3.

Максимальне відхилення більше ніж на фото 3, але це важко зафіксувати.

  Фото 3

   На виготовлення такого пристрою потрібно 10…15 хвилин, зате наочно видно взаємодію магнітного поля магніту і магнітного поля провідника зі струмом. Затрати невеликі – вартість елемента живлення, а тороїдальний магніт можливо взяти від несправного гучномовця.

    Цікаво також провести експеримент по взаємодії магнітного поля тороїдального магніту з магнітним полем котушки зі струмом. Котушка з провідником (моток ізольованого дроту)  на магніті показана на фото 4.

                      Фото 4

   Для цього виготовимо котушку намотану (внавал) проводом ПЭВ-2 діаметром 0,43 мм в кількості 50 витків на оправці діаметром 40 мм. До котушки під’єднуємо гнучкі багатожильні провідники довжиною 30…40 см. Ставимо котушку на тороїдальний магніт і підключаєм до котушки елемент живлення на 1,5 В, типу АА. Якщо котушка не «підстрибнула», то міняємо полярність підключення елемента живлення і отримаємо бажаний «стрибок» котушки. Суть цього досліду в тому, що котушка під дією струму стає електромагнітом у якого з однієї сторони північний полюс, а з другої – південний і підстрибування котушки це взаємодія магнітного поля постійного магніту і електромагніту. Ясно що «підстрибування» буде в тому випадку, коли магнітні полюса будуть одинакові. Якщо подати постійний струм в котушку надовго, то котушка намотана алюмінієвим провідником (з меншою масою) може «зависнути» над магнітом при певному струмі через електромагніт. 

          Література:

        Автор: Дмитро Бабин, Прості досліди з фізики в домашніх умовах,  

                              Демонстрація руху провідника зі струмом в магнітному полі            

                             Інтернет  https://radioelectronics-ur5ydn.jimdofree.com/  

         Автор: Бабин Дмитро Святославович