Лабораторная работа №14 Сборка электромагнита и его испытание

Определения и обозначения

Электромагнит — устройство, которое становится магнитом, когда по его катушке идёт электрический ток. Обычно внутри катушки находится железный стержень: он усиливает её магнитное действие. Электромагнит удобен тем, что его действие можно включать и выключать ключом.

Катушка — провод, намотанный витками; виток — один полный оборот провода. Когда ток проходит по виткам, вокруг каждого из них возникает магнитное поле, а поля складываются. Поэтому катушка с током действует как магнит, и число её витков важно при испытании.

Сердечник — стержень из железа, помещённый внутрь катушки. Железо усиливает магнитное действие катушки, поэтому электромагнит с сердечником может притягивать предметы сильнее, чем такая же катушка без него. Сравнение двух вариантов показывает, зачем сердечник нужен в установке.

Магнитное действие тока — возникновение магнитного поля вокруг проводника, по которому идёт электрический ток. Без тока катушка не проявляет именно этого действия, а при появлении тока вокруг неё возникает поле. Это объясняет, почему электромагнит управляется электрической цепью.

Как это устроено

Для сборки нужны катушка из изолированного провода, железный сердечник, источник тока, соединительные провода и ключ. Катушку соединяют проводами с источником и ключом так, чтобы получилась замкнутая электрическая цепь: ток должен пройти через витки и вернуться к источнику. Ключ позволяет управлять током, не разбирая цепь. Перед испытанием проверьте соединения и выполняйте указания учителя.

При замыкании ключа в витках появляется ток. Каждый виток создаёт магнитное поле, и их совместное действие превращает катушку в магнит; железный сердечник усиливает результат. При размыкании ключа путь для тока прерывается, ток прекращается, а вместе с ним исчезает магнитное действие катушки. Поэтому притяжение можно проверить, сравнив состояния цепи с замкнутым и разомкнутым ключом.

Испытывают электромагнит небольшими железными предметами, например скрепками. Сначала на короткое время замкните цепь и поднесите к предметам сердечник, затем разомкните цепь и сравните результат. Для честного сравнения используйте одинаковые предметы и одно и то же расстояние. Не держите ключ замкнутым дольше, чем требуется для проверки: провод и источник могут нагреться.

Чтобы выяснить, как действует число витков, сравнивают катушки с разным числом витков. В каждом опыте сохраняют одинаковыми силу тока, сердечник, скрепки и способ их поднесения; иначе результат будет зависеть не только от витков. Можно считать, сколько одинаковых скрепок удерживает каждая катушка. Если меняется только число витков, различие в наблюдении позволяет оценить влияние этого условия.

Силу тока и наличие сердечника исследуют отдельно. Для проверки влияния силы тока оставляют ту же катушку и сердечник, а ток изменяют безопасным способом, который разрешил учитель; затем сравнивают притяжение одинаковых предметов. Для проверки сердечника сохраняют катушку, ток и остальные условия, но проводят испытание сначала с железным стержнем, потом без него. Записывайте наблюдения сразу, чтобы не перепутать результаты разных опытов.

Испытание электромагнита: условия и результаты наблюдений

Заполняйте таблицу сразу после каждого опыта: укажите, что именно изменили и что увидели. Сравнивайте результаты только при одинаковом способе испытания. Если в опыте изменилось сразу несколько условий, сделать надёжный вывод по таблице нельзя.

Разбор задач

Задача 1. Сборка и проверка электромагнита

Соберите электромагнит из катушки с железным сердечником, источника тока и ключа. Нужно определить, действует ли собранное устройство. Проверка должна показать, связно ли притяжение с прохождением тока. Для сравнения используйте одни и те же небольшие железные предметы.

1. Соедините катушку, источник и ключ проводами в замкнутую электрическую цепь.
2. На короткое время замкните ключ и поднесите сердечник к скрепкам. Посмотрите, притягиваются ли они.
3. Разомкните ключ и проверьте, сохраняется ли притяжение в тех же условиях. Так вы сравните действие катушки при наличии тока и без него.

Ответ: электромагнит действует, если при замкнутой цепи он притягивает железные предметы, а при разомкнутой ток прекращается и магнитное действие катушки исчезает.

Задача 2. Сравнение катушек с разным числом витков

В двух опытах используют катушки с разным числом витков, одинаковыми сердечниками и источниками тока. Требуется сравнить их магнитное действие. Недостаточно просто посмотреть на катушки: нужен одинаковый показатель результата. Например, можно посчитать количество одинаковых скрепок, которые удерживает каждая.

1. Убедитесь, что сердечники и источники одинаковы, а условия прохождения тока не меняются.
2. Испытайте первую катушку: замкните цепь на короткое время и сосчитайте притянутые скрепки.
3. Повторите проверку второй катушкой, сохранив расстояние, скрепки и время испытания. Сравните полученные числа.

Ответ: сравнивать нужно по количеству одинаковых скрепок, притянутых каждой катушкой при одинаковых условиях. Так различие в результате можно связать с числом витков, а не с размером предметов или способом проверки.

Задача 3. Сравнение влияния витков и сердечника

Нужно выяснить, что сильнее влияет на действие электромагнита: увеличение числа витков или добавление железного сердечника. Нельзя сразу менять оба условия: тогда непонятно, какое из них вызвало изменение притяжения. Составьте отдельные сравнения и пользуйтесь одним показателем, например числом притянутых одинаковых скрепок.

1. Для опыта с сердечником возьмите одну катушку и один источник. Сравните притяжение с железным стержнем и без него, не меняя остальные условия.
2. Для опыта с числом витков сравните катушки с разным числом витков, оставив сердечники, ток и способ проверки одинаковыми.
3. Запишите результаты обеих пар испытаний. Сопоставьте изменения показателя, учитывая, что в каждой паре менялся только один фактор.

Ответ: такой план позволяет отдельно оценить влияние сердечника и числа витков. Чтобы определить, какое изменение оказалось сильнее в проведённых опытах, сравните, насколько изменилось количество притянутых предметов в каждом отдельном испытании.

Типичные ошибки

Ошибка: считать катушку магнитом даже при разомкнутой цепи. Так думают, потому что катушка внешне похожа на готовый магнит, но её магнитное действие связано с током. Проверьте себя: сравните притяжение при замкнутом и разомкнутом ключе, не меняя других условий.

Ошибка: одновременно менять число витков, силу тока и сердечник. Если притяжение изменится, установить причину будет невозможно. Обычно несколько условий меняют, чтобы опыт прошёл быстрее, но тогда сравнение не показывает влияние отдельного фактора. Проверка простая: в каждой паре опытов должно изменяться только одно условие.

Ошибка: сравнивать предметы разного материала или размера. Разные предметы могут притягиваться неодинаково, и тогда результаты нельзя приписать электромагниту. Для проверки подготовьте одинаковые железные скрепки и используйте один и тот же способ поднесения. Если предметы различаются, замените их одинаковыми до начала сравнения.

Ошибка: надолго оставлять цепь замкнутой. Длительный ток может нагреть провод и источник, поэтому проверку не следует превращать в продолжительную работу. Иногда ученик забывает разомкнуть ключ, пока считает результат. Проверяйте себя: после короткого испытания сразу разомкните цепь и убедитесь, что ток выключен.

Связь с другими темами

Чтобы собрать установку, нужно уметь соединять элементы простой электрической цепи и понимать роль ключа: он замыкает или размыкает путь тока. Опыт также опирается на сведения о магнитном действии электрического тока и о том, что магнит притягивает железные предметы. Поэтому наблюдение за скрепками помогает проверить действие тока без сложных измерений.

Принцип электромагнита используется в электрическом звонке и реле. В таких устройствах ток создаёт магнитное действие, которое приводит в движение или переключает детали. Понимание лабораторного опыта помогает объяснить, как управляемый ток может выполнять полезную работу в технике.

Что запомнить

• Катушка с током создаёт магнитное поле.
• Железный сердечник усиливает магнитное действие катушки.
• При размыкании цепи ток и магнитное действие катушки прекращаются.
• Число витков и сила тока влияют на действие электромагнита.
• В опыте следует менять по одному условию за раз.
• Сравнивать результаты нужно при одинаковом способе испытания.
• Цепь нельзя оставлять замкнутой надолго.