Лабораторная работа № 36 «Наблюдение магнитного действия тока»

Определения и обозначения

Магнитное действие тока — проявление магнитных свойств вокруг проводника, по которому проходит электрический ток. Проще говоря, ток может влиять на магниты, хотя сам проводник не обязательно похож на магнит. Это понятие помогает объяснить, почему стрелка рядом с включённой цепью меняет положение.

Проводник с током — проводник, через который замкнутая электрическая цепь пропускает ток. Проводником может быть, например, металлический провод, соединённый с источником тока. Это название нужно, чтобы отличать провод, по которому ток проходит, от провода в разомкнутой цепи.

Магнитная стрелка — небольшой магнит, который поворачивается под действием магнитного поля. Обычно она может свободно вращаться и устанавливается вдоль действующего на неё поля. В опыте по её движению можно судить о воздействии, которое нельзя увидеть напрямую.

Магнитное поле тока — область вокруг проводника с током, где обнаруживается его магнитное действие. Само поле невидимо, но оно способно поворачивать магнитную стрелку. Поэтому стрелка служит для его обнаружения и помогает проследить, как меняется действие при изменении тока.

Как это устроено

Для опыта нужны источник тока, соединительные провода, ключ для замыкания цепи и магнитная стрелка. Проводник располагают близко к стрелке, обычно рядом с ней и примерно параллельно её первоначальному направлению. Такое расположение помогает заметить небольшое поворачивание. До начала наблюдения цепь должна быть разомкнута, а стрелка — свободна и неподвижна.

Пока ток не включён, проводник не создаёт магнитного действия тока, поэтому стрелка сохраняет положение, заданное окружающим её магнитным полем Земли. Когда цепь замыкают, по проводнику начинает течь ток. Вокруг него появляется магнитное поле, и оно действует на стрелку вместе с другими магнитными влияниями. Из-за этого стрелка поворачивается и занимает новое положение.

Отклонение стрелки служит признаком того, что вокруг проводника с током есть магнитное поле. Мы не видим само поле, но замечаем его действие по изменению положения магнитного предмета. Чтобы вывод был надёжным, сравнивают стрелку в двух условиях: при разомкнутой цепи и при включённом токе. Если изменилось только состояние цепи, поворот можно связать с магнитным действием тока.

Если поменять местами соединения источника и тем самым изменить направление тока, изменится и направление магнитного действия вокруг проводника. Стрелка отклонится в другую сторону. Сравнение двух поворотов показывает, что важен не только сам факт прохождения тока, но и то, куда он направлен. Для этого положение проводника и стрелки оставляют прежним, меняя только направление тока.

Проводник держат близко к стрелке, потому что магнитное действие заметнее рядом с ним: на большем расстоянии поворот может оказаться слишком малым для наблюдения. Во время проверки цепь замыкают ненадолго, чтобы выполнить опыт безопасно и не допустить нагревания проводов или источника. После наблюдения цепь сразу размыкают. Работать следует по указаниям учителя и не менять соединения при замкнутой цепи.

Наблюдения в опыте с проводником и магнитной стрелкой

Читайте таблицу по порядку: сначала сравните исходное положение стрелки с наблюдением при включённом токе. Затем посмотрите, что изменилось после перемены направления тока. Выводы относятся к условиям опыта, поэтому положение проводника и стрелки при сравнении должно оставаться одинаковым.

Разбор задач

Задача 1

Условие. Расположите проводник рядом с магнитной стрелкой. Что сделать, чтобы проверить, действует ли ток на стрелку? Нужно получить сравнение, при котором меняется только один важный фактор — наличие тока. Тогда результат будет легче объяснить.

1. Оставьте цепь разомкнутой и отметьте, куда направлена стрелка.
2. Замкните цепь на короткое время, не меняя расположения проводника.
3. Сравните новое положение стрелки с исходным: её поворот показывает действие тока.

Ответ. Сравнить положение стрелки до замыкания цепи и после включения тока. Если после включения она отклонилась, ток действует на неё магнитно. После наблюдения цепь нужно разомкнуть.

Задача 2

Условие. После включения тока стрелка отклонилась. Как проверить, связано ли это с направлением тока? Одного наблюдения недостаточно, чтобы узнать, как меняется действие при смене направления. Для сравнения нужно сохранить остальные условия опыта.

1. Запомните или отметьте сторону, в которую отклонилась стрелка.
2. Разомкните цепь и поменяйте соединения источника так, чтобы ток шёл в обратном направлении.
3. Снова кратковременно замкните цепь и сравните сторону отклонения с первой.

Ответ. Изменить направление тока и посмотреть, в какую сторону отклонится стрелка. Если она отклоняется противоположно, значит, направление её поворота связано с направлением тока. Соединения меняют только при разомкнутой цепи.

Задача 3

Условие. В одном опыте стрелка отклоняется заметно, а в другом почти не меняет положения. Какие условия следует проверить? Слабое или незаметное отклонение ещё не доказывает, что магнитное действие отсутствует. Возможно, опыт собран иначе или стрелка расположена слишком далеко.

1. Проверьте, замкнута ли цепь и действительно ли ток проходит по проводнику.
2. Посмотрите, находится ли проводник близко к стрелке.
3. Убедитесь, что проводник расположен относительно стрелки так же, как в опыте с заметным поворотом.

Ответ. Следует проверить замыкание цепи, близость проводника и его расположение относительно стрелки. Для правильного сравнения меняют только одно условие за раз. Цепь при проверке включают ненадолго.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что стрелка отклоняется из-за самого проводника. Так можно решить, если смотреть только на стрелку после включения цепи и не иметь исходного наблюдения. Проверьте положение стрелки сначала при выключенном токе, а затем при включённом. Именно сравнение показывает, связано ли изменение с током.

Ошибка: не проверять, замкнута ли цепь. Можно забыть соединить провод или оставить ключ разомкнутым, и тогда ток не пойдёт. Без тока магнитное действие проводника не наблюдается. Перед выводом проверьте соединения и положение ключа, а не только то, как расположена стрелка.

Ошибка: определять направление тока только по факту отклонения. Само по себе отклонение говорит о магнитном действии, но не показывает, как изменится оно при другом направлении тока. Ошибку допускают, когда не проводят сравнение. Разомкните цепь, измените направление тока и проверьте, меняется ли сторона поворота стрелки.

Ошибка: оставлять цепь включённой надолго. Иногда кажется, что долгое включение сделает наблюдение точнее, но для сравнения достаточно краткого замыкания. Длительное включение не требуется и может привести к нагреванию проводов или источника. Сверьтесь с указаниями учителя, выполните наблюдение и сразу разомкните цепь.

Связь с другими темами

Перед работой нужно знать, что такое электрическая цепь и как безопасно её замыкать: без этого нельзя обеспечить прохождение тока. Наблюдение также опирается на знания о магнитах и магнитной стрелке, которая поворачивается под действием поля. Результат опыта связывает электрические явления с магнитными. Позже это поможет понять устройство электромагнитов и способы применения электрического тока.

Что запомнить

• Ток оказывает магнитное действие.
• Вокруг проводника с током возникает магнитное поле.
• Магнитная стрелка помогает обнаружить это поле.
• При включении тока стрелка рядом с проводником отклоняется.
• Изменение направления тока меняет направление отклонения стрелки.
• Цепь в опыте замыкают на короткое время.