"Введение в естественно-научные предметы", Гуревич А.Е., Исаев Д.А., Понтак Л.С.
Электрический ток не только переносит заряд по проводнику, но и создаёт вокруг него магнитное поле. Его можно обнаружить с помощью магнитной стрелки: когда цепь замыкают, стрелка поворачивается. Если изменить направление тока, изменится и направление магнитного поля. Катушка с током действует подобно магниту, а железный сердечник усиливает её действие. Эти свойства используют, чтобы создавать электромагниты и применять ток в технике.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Электрический ток — упорядоченное движение электрических зарядов. Заряды движутся по проводнику, когда цепь замкнута и в ней есть источник тока. Ток нужен не только для работы приборов: вокруг проводника с током обнаруживается магнитное действие.
Магнитное поле тока — поле, возникающее вокруг проводника при прохождении по нему электрического тока. Поле нельзя увидеть глазами, но можно заметить его действие на магнит. Это понятие помогает объяснить, почему провод с током способен поворачивать магнитную стрелку.
Магнитная стрелка — небольшой магнит, который поворачивается под действием магнитного поля и помогает обнаружить его направление. У неё есть два полюса, поэтому она может менять положение в поле. Стрелку используют в опыте как простой указатель магнитного действия тока.
Электромагнит — катушка с током, магнитное действие которой усиливается железным сердечником. Катушка — это провод, свёрнутый витками, а сердечник помещают внутрь неё. Такое устройство позволяет получить магнитное действие, которое можно усилить, меняя устройство или ток.
Чтобы обнаружить магнитное действие тока, рядом с проводником помещают магнитную стрелку и следят за её положением. Сначала цепь разомкнута, поэтому ток не проходит и заметного отклонения от проводника нет. Когда цепь замыкают, стрелка поворачивается. Значит, рядом с проводником появилось воздействие, связанное с током.
Стрелка отклоняется потому, что электрический ток создаёт вокруг проводника магнитное поле. Магнитная стрелка сама является маленьким магнитом, поэтому поле действует на неё и меняет её положение. Чем ближе стрелка к проводнику, тем легче заметить это действие. Так невидимое поле обнаруживают по видимому повороту стрелки.
Направление поля можно исследовать, поменяв местами полюса источника тока. Тогда направление движения зарядов в проводнике меняется, и поле тоже направлено иначе. Магнитная стрелка реагирует на новое направление поля и отклоняется в противоположную сторону. Поэтому по положению стрелки можно сравнить поля при разных направлениях тока.
Катушка с током похожа на магнит, потому что каждый её виток создаёт магнитное поле. Поля отдельных витков складываются и вместе действуют сильнее, чем поле одного прямого участка провода. В результате у катушки есть два полюса — северный и южный. Поэтому она может притягивать предметы из железа и взаимодействовать с другими магнитами.
Магнитное действие катушки можно усилить несколькими способами. Если увеличить силу тока, поле становится сильнее; если добавить витки, складывается действие большего числа участков провода. Ещё внутрь катушки помещают железный сердечник, который усиливает её магнитное действие. Катушка с таким сердечником называется электромагнитом.
В таблице собраны изменения, которые можно проверить в опыте, и ожидаемые наблюдения. Сравнивайте каждый опыт с исходным: меняйте только один признак за раз, чтобы понять его влияние. Если меняется направление отклонения, изменилось направление поля; если отклонение становится заметнее, действие усилилось.
| Что изменяют | Что наблюдают | Вывод |
|---|---|---|
| Наличие или отсутствие тока | При замкнутой цепи стрелка отклоняется, при разомкнутой — нет. | Магнитное действие проводника связано с током. |
| Направление тока | Стрелка отклоняется в противоположную сторону. | Направление магнитного поля зависит от направления тока. |
| Сила тока | При увеличении силы тока действие становится заметнее. | Большая сила тока усиливает магнитное действие. |
| Число витков катушки | При большем числе витков действие катушки усиливается. | Поля витков складываются. |
| Наличие железного сердечника | С сердечником магнитное действие катушки сильнее. | Железный сердечник усиливает действие электромагнита. |
Задача 1. Рядом с проводником находится магнитная стрелка. Что произойдёт со стрелкой, если замкнуть электрическую цепь? Нужно связать замыкание цепи с появлением тока, а затем — с возможным действием на стрелку. Само по себе положение стрелки до опыта ещё не показывает, что ток уже есть.
При замыкании цепи по проводнику начинает идти электрический ток. Это упорядоченное движение зарядов по проводнику.
Ток создаёт вокруг проводника магнитное поле. Поле действует на расположенную рядом магнитную стрелку и меняет её положение.
Поэтому после замыкания цепи стрелка отклонится. Направление отклонения зависит от направления тока и расположения стрелки.
Ответ: стрелка отклонится, потому что ток создаст вокруг проводника магнитное поле.
Задача 2. Стрелка отклоняется в одну сторону. Как изменится её отклонение, если поменять местами полюса источника тока? Сначала вспомним, что перестановка полюсов меняет направление тока. Затем проследим, что происходит с полем и стрелкой.
Полюса источника задают направление тока в цепи. Если поменять их местами, ток пойдёт в противоположном направлении.
При смене направления тока меняется направление магнитного поля вокруг проводника. Это не означает, что поле исчезает: оно действует иначе.
Магнитная стрелка поворачивается под действием изменившегося поля. Поэтому она отклонится в противоположную сторону.
Ответ: стрелка отклонится в другую сторону, потому что направление магнитного поля изменится.
Задача 3. Нужно сделать электромагнит сильнее. Предложите два изменения устройства и объясните, почему они помогут. Вспомним, от чего зависит действие катушки, и выберем изменения, которые его усиливают. Можно предложить больше двух способов, но достаточно объяснить любые два.
Увеличить силу тока в катушке, если это безопасно и позволяет источник. Более сильный ток создаёт более сильное магнитное поле.
Увеличить число витков провода. Поля дополнительных витков складываются с полями остальных витков, поэтому действие катушки усиливается.
Можно также поместить внутрь катушки железный сердечник. Он усиливает магнитное действие, но сам ток не создаёт.
Ответ: увеличить силу тока и число витков; дополнительный способ — вставить железный сердечник.
Ошибка — считать, что магнитное поле бывает только у постоянного магнита. Так думают, потому что поле нельзя увидеть и проводник кажется обычным предметом. Проверьте себя опытом: поднесите магнитную стрелку к проводнику и сравните её положение при разомкнутой и замкнутой цепи.
Ошибка — ожидать отклонения стрелки при разомкнутой цепи. Иногда забывают, что для тока нужен замкнутый путь от источника по проводам и обратно. Убедитесь, что цепь действительно замкнута; без тока магнитное действие проводника не проявляется.
Ошибка — думать, что смена направления тока не влияет на поле. Поле связывают только с наличием тока, но важно и направление его движения. Поменяйте местами полюса источника и проверьте стрелку: направление её отклонения изменится.
Ошибка — считать, что железный сердечник создаёт ток. Сердечник может казаться главным, потому что с ним электромагнит действует сильнее. Проверьте рассуждение: ток идёт по проводу катушки, а сердечник лишь усиливает магнитное действие при наличии тока.
Для опытов с магнитным действием тока нужно знать устройство электрической цепи, назначение источника тока и проводника, а также понимать, что значит замкнуть цепь. Ещё понадобится умение пользоваться магнитной стрелкой и знание, что у магнита есть два полюса. Эти знания помогают наблюдать за полем и сравнивать его направление.
Позже магнитное действие тока поможет понять, как устроены электромагниты и электрические двигатели. Электромагниты применяют в технике, где нужно получать магнитное действие с помощью тока. Изменяя ток, можно управлять действием такого устройства.
Как узнать, есть ли вокруг проводника магнитное поле?
Поместите рядом с проводником магнитную стрелку и замкните цепь. Если стрелка отклонится, значит, по проводнику идёт ток и вокруг него есть магнитное поле.
Почему магнитная стрелка поворачивается рядом с проводом?
Когда по проводу проходит ток, вокруг него возникает магнитное поле. Оно действует на магнитную стрелку, поэтому та поворачивается.
Что изменится, если поменять направление тока?
Изменится направление магнитного поля вокруг проводника. Поэтому магнитная стрелка отклонится в противоположную сторону.
Почему катушка с током похожа на магнит?
Каждый виток катушки создаёт магнитное поле, и поля витков складываются. У катушки появляются северный и южный полюса, как у магнита.
Как сделать электромагнит сильнее?
Можно увеличить силу тока или число витков катушки. Также внутрь катушки помещают железный сердечник: он усиливает её магнитное действие.
Магнитное действие тока
