Магнитное поле катушки с током. Электромагниты.

Урок № Тема: Магнитное поле катушки с током. Электромагниты.

Цель урока: получить картину магнитного поля катушки с током; объяснить принцип действия электромагнита; выяснить зависимость действия электромагнита от силы тока в нем и наличия внутри катушки железного сердечника.

Оборудование:

Большой гвоздь, проволока, мелкие железные предметы, реостат, ис­точник тока, магнитная стрелка, пустая катушка из-под ниток - на каж­дом столе.

Демонстрации:

1. Усиление магнитного поля катушки при введении железного сердеч­ника.

2. Устройство и принцип действия электромагнита.

Ход урока

Повторение.

1. Опишите опыт, в котором наблюдается действие электрического тока на магнитную стрелку.

2. Что является источником магнитного поля?

3. Как располагаются магнитные стрелки в магнитном поле прямолиней­ного тока?

4. Что называют магнитными силовыми линиями?

5. Какую форму имеют силовые линии магнитного поля прямолинейного тока?

6. Сформулируйте первое правило правой руки.

7. Какие магнитные явления вам известны?

8. Какая связь существует между электрическим током и магнит­ным полем?

9. На какие частицы или тела действует электрическое поле?

10. Отклонится ли магнитная стрелка, если ее разместить вблизи пучка движущихся частиц: а) электронов; б) атомов; в) положи­тельных ионов?

11. Что называют магнитной линией магнитного поля?

12. На полу лаборатории под слоем линолеума проложен прямой изолированный провод. Как определить местонахождение прово­да и направления тока в нем, не вскрывая линолеума?

Усиление магнитного поля катушки

Изучая тему «Постоянный ток», мы говорили, что наличие тока в цепи можно определить по его действию. Сегодня нас будет интересовать магнит­ное действие тока.

Магнитное поле можно усилить, если провод, по которому идет ток, свернуть в форме винтовой спирали. Полученную в результате этого катушку с током называют соленоидом (от греч. слова «солен» — трубка). Силовые линии магнитного поля соленоида изоб­ражены на рисунке а.

Направление этих линий определяют с помощью второго правила правой руки:

если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по току в витках, то отставленный большой палец укажет направление магнитных линий внутри соленоида.

Сравнив магнитное поле соленоида с полем постоянного поло­сового магнита (рис. б), можно заметить, что они очень похожи.

Как и у магнита, у соленоида есть два полюса — северный (N) и южный (S).

Северным полюсом соленоида называют тот, из которого магнитные линии выходят; южным полюсом — тот, в который они входят.

С еверный полюс у соленоида всегда располагается с той стороны, на которую указывает большой палец ладони при ее рас­положении в соответствии со вторым правилом правой руки.

На рисунке изображен соленоид в виде катушки из боль­шого числа витков провода, намотанного на деревянный каркас. Подобную катушку можно использовать в качестве магнита.

Д емонстрации

- Возьмите пустую катушку из-под ниток и намотайте на нее проволоку.

Для изучения магнитного действия катушки с током соберем цепь, изображенную на рисунке.

- Соберите цепь из соленоида и источника тока. Поднесите к соленоиду магнитную стрелку. Что вы обнаружили? (У соленоида есть магнитное поле.)

- Как можно определить направление линий магнитного поля?

(Исполь­зуя правило правой руки.)

- Давайте увеличим количество витков соленоида. Что произойдет? (При увеличении числа витков. магнитное действие соленоида увеличивается.)

- Введите внутрь катушки железный гвоздь. Что наблюдаете? (Железный сердечник значительно усиливает магнитное действие соленоида.)

- Теперь в цепь включите реостат и попробуйте изменить сопротивление цепи (таким образом меняем силу тока). Каков результат? (При увеличе­нии силы тока действие магнитного поля соленоида усиливаемся, при уменьшении силы тока - ослабляется.)

Выводы:

• при увеличении силы тока действие магнитного поля соленоида усиливается, при уменьшении ослабляется.

• при увеличении числа витков маг­нитное действие соленоида усиливается.

• Железный сердечник значительно усиливает магнитное действие соленоида.

Устройство и принцип работы электромагнита

Опр. соленоид с железным сердечником внутри называется электро­магнитом.

Электромагниты могут содержать не одну, а несколько катушек (обмоток) и иметь при этом разные по форме сердечники. На рисунке изображен дугообразный электромагнит, удерживающий же­лезную пластину (якорь) с подвешенным грузом.

Впервые подобный электромагнит был сконструирован в 1825 г. английским изобрета­телем У. Стердженом. Его электромагнит имел массу 0,2 кг и удер­живал груз весом 36 Н. В том же году Дж. Джоуль увеличил подъ­емную силу электромагнита до 200 Н, а через шесть лет американский ученый Дж. Генри построил электромагнит массой 300 кг, способный удерживать груз массой 1 т!

Электромагнит - одна из основных деталей многих технических прибо­ров: звонок, телеграф, телефон, микрофон, электромагнитное реле и др. Элект­ромагниты широко применяются в технике, мощные электромагниты, обла­дающие большой подъемной силой, используются на заводах.

Свойства электромагнитов:

1. Быстрое размагничивание при выключении тока;

2. Возможность придания им (в зависимости от назначения) различной формы и размеров;

3. Возможность регулирования магнитного действия при изменении силы тока.

Закрепление изученного материала

1. В каком направлении устанавливается катушка с током, подвешенная на длинных тонких проводниках?

2. Какое сходство имеет такая катушка с магнитной стрелкой?

3. Какими способами можно усилить магнитное действие катушки с током?

4. Что называется электромагнитом?

5. Для какой цели используют на заводах электромагниты?

6. Как устроен магнитный сепаратор зерна?

Решение задач

Задача 1

Как расположены магнитные линии соленоида, подключенного к источ­нику тока? Рис. а.

Решение: Вспомним, что за положительное на­правление тока принято направление от положитель­ного полюса источника к отрицательному. Покажем направление тока на чертеже (см. рис. б).

Направление вектора магнитной индукции, а сле­довательно, и магнитного полюса соленоида можно определить по «правилу буравчика»: если ввинчивать в соленоид буравчик так, чтобы вращение ручки бу­равчика совпадало с направлением тока в соленоиде, тогда поступательное движение буравчика будет со­впадать с направлением вектора магнитной индукции. Видно, что вектор магнитной индукции направлен справа налево.

Учитывая, что за направление вектора магнитной индукции внутри соленоида принимается направление от южного полюса к северному, то слева - северный полюс соленоида, а справа - южный.

Задача 2

В каком направлении должен протекать ток в соленоиде, чтобы наблюдалась ориентация маг­нитной стрелки, показанная на рисунке а?

Решение: Так как разноименные полюсы магнитов притягиваются, можем определить полюсы соленоида: слева - южный, справа - се­верный (см. рис. б)

Направление вектора магнитной индукции внутри соленоида - от южного полюса соленои­да к северному. Применяя правило буравчика, определяем направление тока в соленоиде (бу­равчик в данном случае «вывинчивается» из со­леноида.

Домашнее задание: §58 учебника; вопросы к параграфу; упр. 28 (с. 136).