Меню

Что происходит со стрелкой компаса расположенной параллельно проводнику при включении тока нарисуйте

§ 61. Магнитное поле электрического тока

Что называют постоянным магнитом?

Что вам известно о магнитном поле?

1. Вы уже знаете, что магнитное поле существует вокруг любого постоянного магнита. Однако постоянный магнит — не единственный источник магнитного поля.

Рассмотрим рисунок 215, на котором изображён опыт, поставленный датским учёным Хансом Кристианом Эрстедом (1777— 1851) в 1820 г. Установка состоит из магнитной стрелки, которая может свободно вращаться, и проводника, соединённого с источником тока. До включения тока стрелка располагается в магнитном поле Земли, ориентируясь с севера на юг. Проводник располагают параллельно магнитной стрелке. При замыкании цепи стрелка поворачивается на 90е и устанавливается перпендикулярно проводнику с током. При размыкании цепи магнитная стрелка возвращается в своё начальное положение.

Рис. 215

Это означает, что проводник с током и магнитная стрелка взаимодействуют друг с другом подобно тому, как взаимодействуют постоянный магнит и магнитная стрелка. Следовательно, вокруг проводника с электрическим током существует магнитное поле, которое и совершает работу по повороту магнитной стрелки.

2. Опыт Эрстеда вызвал необычайный интерес у физиков того времени. Раньше электрические и магнитные явления рассматривались как совершенно независимые. Открытие Эрстеда обнаружило взаимосвязь между этими явлениями. Было установлено, что существование магнитных полей связано с движением электрических зарядов. Это открытие послужило началом новых исследований.

Многочисленные опыты подтвердили, что во всех случаях при движении заряженных частиц обязательно появляется магнитное поле, независимо от рода проводника или среды, в которой частицы движутся.

Неподвижные электрические заряды порождают только электрическое поле, оно не действует на магнитную стрелку. Вокруг движущихся зарядов, т. е. электрического тока, существует и электрическое, и магнитное поле.

3. Для того чтобы обнаружить магнитное поле вокруг проводника с током, воспользуемся тем же способом, которым мы пользовались для обнаружения магнитного поля постоянного магнита.

Сквозь лист картона пропустим проводник, соединённый с источником тока. Насыплем на картон тонкий слой железных опилок. При включении тока железные опилки под действием магнитного поля переориентируются и расположатся по концентрическим окружностям (рис. 216). Цепочки, которые образуют в магнитном поле железные опилки, как вы уже знаете, показывают форму линий магнитной индукции. Эти линии, как и в случае с постоянными магнитами, замкнуты.

показывают форму линий магнитной

Несколько изменим опыт: вместо металлических опилок поставим на лист картона магнитные стрелки. При замыкании электрической цепи стрелки расположатся вдоль линий магнитной индукции (рис. 217, а). Если же изменить направление тока в проводнике, то все стрелки повернутся на 180° (рис. 217, б).

Источник

XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2020

Измерение отклонений стрелки компаса в магнитном поле прямолинейного с круглым сечением проводника постоянного тока

В магнитном поле проводника с током магнитная стрелка компаса отклоняется. Впервые связь между электрическими и магнитными явлениями установил Ханс Кристиан Эрстед в 1820 году, проведя известный опыт [1]. Согласно наблюдению при включении тока в проводнике расположенная рядом магнитная стрелка устанавливалась перпендикулярно проводу. При изменении направления тока стрелка поворачивалась на 180°.

Стрелка компаса позволяет определить в пространстве направление вектора магнитной индукции в отличии от визуализации с помощью железных опилок или мнемонических правил: правила левой руки, правила буравчика. Погрешность от использования железных опилок для визуализации магнитного спектра вызвана появлением вторичной намагниченности железа и изменению формы силовых линий проводника, представлено на Рис.1.

Рис.1 Искривления силовых линий железными опилками над горизонтальным проводником.

А — искажение в центре между полюсами магнита из цепочек железных опилок.

Б — искажение силовых линий в перпендикулярной плоскости к оси проводника.

Железные опилки представляют собой маленькие магниты, которые под воздействием внешнего магнитного поля поворачиваются и группируются в цепочки магнитов. Образующиеся группы магнитов формируют собственное поле, которое взаимодействует с другими магнитными полями. В результате появления дополнительного магнитного поля силовые линии проводника искривляются в двух направлениях. Погрешности при использовании железных опилок не могут быть устранены и их использование в исследованиях силовых линий нецелесообразно.

Целью исследования является уточнение классического опыта Эрстеда с достижением предельного уровня тока в проводнике и измерение направления силовых линий магнитного поля с помощью магнитной стрелки с точностью до 0,5°.

Материалы и методы исследования

Магнитное поле, как одна из компонент электромагнитного поля, создается неизменными во времени токами, протекающим по проводящему телу, неподвижному в пространстве по отношению к наблюдателю [2]. Индукция магнитного поля бесконечного прямолинейного проводника с током согласно [3], описывается уравнением:

где b – соответственно кратчайшее расстояние до проводника, а I – ток в проводнике.

Повышение тока в проводнике приводит к нескольким важным положительным результатам. С ростом тока пропорционально возрастает напряженность магнитного поля вокруг проводника. Известно, что общая напряженность магнитного поля складывается из различных магнитных полей. При малом уровне тока в проводнике необходимо учитывать влияние естественного магнитного поля Земли на отклонение стрелки. Магнитное поле Земли на широте 44° составляет величину 45-55 мкТл. Увеличение уровня тока позволяет достичь уровня магнитного поля проводника на порядок выше уровня магнитного поля Земли, и дополнительному снижению погрешности от влияния других «второстепенных» магнитных полей.

Читайте также:  Источники тока драйверы это

Известно, что большая напряженность магнитного поля увеличивает момент сил, влияющих на стрелку, и приводит к уменьшению колебательных переходных процессов при повороте стрелки. При низкой напряженности поля стрелка компаса аналогична медленно затухающему маятнику, где любое внешнее воздействие приводит к появлению колебаний.

Магнитная стрелка компаса ориентируется вдоль силовых линий магнитной индукции. Линиями магнитной индукции называют кривые, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора В в этой точке [4]. Известно, момент сил, действующих на стрелку или контур с током, зависит от угла между силовыми линиями и направлением стрелки.

где – магнитный момент стрелки.

В классическом опыте Эрстеда проводник и стрелка располагались в направлении север-юг. При включении тока стрелка поворачивалась перпендикулярно проводнику. Однако, именно такое расположение приводит к большей погрешности, т.к. на стрелку в таком положении действует максимальный магнитный момент поля Земли. В данном исследовании минимизация влияния магнитного поля Земли достигается первичным расположением проводника перпендикулярно силовым линиям магнитного поля Земли. При включении тока стрелка поворачивается параллельно направлению север-юг и тогда момент поля Земли минимален, → 0. Таким образом, рассчитывать и находить магнитный момент стрелки не требуется.

Размещение стрелки рядом с горизонтальным проводником и ориентированной вдоль силовых линий магнитного поля Земли приводит к интересному парадоксу. Обнаружено, что существует устойчивое состояние стрелки компаса противоположное направлению силовых линий магнитного поля проводника. Для начала поворота стрелки на 180° необходим дополнительный внешний импульс. Данный парадокс появляется в случае, когда северный конец стрелки указывает на северный магнитный полюс Земли, и остается прежним даже при появлении противоположного более сильного магнитного поля.

Известно, что стрелка компаса является магнитом, поэтому использование одновременно нескольких стрелок может привести к взаимодействию их полюсов [5]. В эксперименте используется только одна магнитная стрелка вокруг одножильного медного проводника круглого сечения 50 мм 2 . Медь выбрана в качестве токоведущей части проводника из-за её низкой намагничиваемости. Использование стальных или алюминиевых токоведущих частей приводит к вторичной намагничиваемости самого проводника, поэтому они не используются в эксперименте. Наружное размещение проводника снижает влияние магнитных полей металлических конструкций зданий, внутренней проводки, мебельной фурнитуры. Для исключения влияния намагничивающихся сред горизонтальный проводник размещен на высоте 2 метра от поверхности Земли. Окружающая температура воздуха 22℃. Источником тока являются аккумуляторные батареи 12В 100А/ч в количестве 8 единиц, соединенных параллельно. В качестве тесламетра использован датчик AK 09918 с диапазоном измерения 0-4911 мкТл в устройстве Asus ZB 602 KL . Измерения индукции проведены в программе phyphox versia 1.1.2, ОС: Android v .9.

Индукция магнитного поля бесконечного прямолинейного проводника с током рассчитывается по формуле (1). Для 4 метрового проводника в середине участка на расстоянии 10 см от оси проводника индукция магнитного поля рассчитывается по формуле:

Здесь и – углы между элементами тока на концах проводника и точки, в которой определяется магнитная индукция. = 1,43°, = 178,57°.

При токе 950А на расстоянии 10 см от оси проводника абсолютная погрешность ∆ B = B — составит 5*10 -7 мкТл. Абсолютная погрешность при длине проводника более 4 метров пренебрежительно мала. Теоретическая и экспериментальная индукция магнитного поля, представлены на графике Рис.2. Теоретические значения рассчитаны только для магнитного поля проводника. Экспериментальные значения включают суммарную индукцию всех магнитных полей, обнаруженных тесламетром в пространстве. Превышение экспериментальных значений над теоретическими вызвано, вторичной намагничиваемостью корпуса и деталей измерительного устройства. При проведении измерений с магнитной стрелкой корпус устройства с датчиком тесламетра удален на расстояние 10 метров.

Рис. 2 Теоретическая (нижняя) и экспериментальная (верхняя) индукция магнитного поля при величине постоянного тока 950 А.

В исследовании использована магнитная стрелка от буссоли ОБК. В ходе эксперимента выявлена намагничиваемость корпуса буссоли, которая приводит к случайному отклонению положения стрелки. Данная погрешности не может быть устранена при проведении измерений с помощью цельного комплекта буссоли. При измерениях стрелка извлечена из намагничивающегося корпуса буссоли и используется отдельно. Стрелка представляет собой длинную узкую железную полосу, с выраженными полюсами на конце. В качестве оси стрелки используется медная игла длинной 7 мм, закрепленная на пластиковом немагнитном основании. Длина стрелки составляет 140мм, цена деления 0,5°. Обычные туристические компасы со стрелками длинной 4 см имеют цену деления 5-10°. Точность измерений обычными компасами на порядок ниже применяемой стрелки от буссоли ОБК.

Для снижения погрешности вызванной неправильной балансировкой и разной длиной северного и южного конца стрелки производилось перемагничивание полюсов стрелки и измерения повторялись.

Рассмотрены два варианта закрепления стрелки компаса на игле сверху и на нитяном подвесе. Использование иглы в качестве оси, позволяет точнее установить расстояние до проводника, провести измерения ближе к проводнику. Использование нитяного подвеса стрелки приводит к тому, что при включении тока стрелка отклоняется и притягивается к проводнику, появляются качания и проведение измерения усложняется.

Результаты исследования и их обсуждение

В ходе эксперимента подтверждено что, как и в опыте Эрстеда при горизонтальном положении проводника стрелка туристического компаса, размещенная над или под проводником с током, поворачивается в устойчивое положение близкое к перпендикулярной плоскости оси проводника [6]. Обнаружено, что при использовании более точной стрелки от буссоли, проявляется отклонение северного конца стрелки в сторону направления тока, а южного конца в сторону противоположную направлению тока, Рис 3. Направлением тока принимается движение заряженных частиц от «+» к «-» [7].

Читайте также:  Максимальный ток нагрузки 15а

Рис. 3 Теоретические (слева) и экспериментальные (справа) положения стрелки сверху и снизу горизонтального проводника. Северный конец стрелки отмечен синим цветом.

Южный конец стрелки отмечен красным цветом.

Величина отклонения между концом стрелки и перпендикулярной линией к проводнику составляет 2 мм или угол 1,6°. Угол между направлением тока и северным концом стрелки составляет 88,4°. При изменении направления тока величина угла между направлением тока и северным концом стрелки не изменяется, при этом стрелка разворачивается на 180°. Расположенная стрелка над проводником, демонстрирует такой же угол отклонения, как и в случае расположения стрелки под проводником.

Анализируя поведение стрелки, которая указывает направление силовых линий заключаем, что силовые линии не замкнуты. Установлено, что силовые линии представляют собой винтовую линию, которая совпадает с направлением тока и имеет шаг 4±0,5 мм. Тип винтовой линии правосторонний. Подтверждено правило буравчика, что при вращении винта с правой нарезкой, совпадающей с направлением тока, происходит продольное перемещение винта также в направлении тока. Направление резьбы буравчика совпадает с направлением силовых линий проводника. Вращение буравчика в правую сторону соответствует направлению силовых линий и направлению тока. Обнаруженный шаг винтовой линии обусловлен дрейфовой скоростью заряженных частиц в проводнике, составляющей несколько мм/с.

В эксперименте исследованы силовые линии магнитного поля вертикального проводника, располагая стрелку компаса в плоскости перпендикулярной оси проводника. Установлено, что направление стрелки не совпадает с горизонтальной плоскостью, при короткой оси стрелки один из концов стрелки наклоняется и касается горизонтальной поверхности. Измерены отклонения при увеличенной длине оси стрелки над горизонтальной поверхностью. Установлено, что стрелка от буссоли не позволяет проводить исследования в радиусе 7 см от проводника. При расстоянии менее 7 см «южный» конец стрелки поворачивается и касается проводника. Известно, что при удалении от проводника напряженность магнитного поля ослабевает, поэтому были предприняты меры по увеличению силы тока до 2100 ампер. Теоретическая величина магнитного поля в радиусе 8 см от проводника составляет 525 мкТл.

На расстоянии 12 см от проводника напряженность снижается до 350 мкТл. Экспериментальное положение стрелки показано на Рис. 4.

Рис. 4 Теоретические (слева) и экспериментальные (справа) положения стрелки компаса вокруг проводника с током. Стрелка компаса вращается в плоскости перпендикулярной проводнику.

Установлено, что направление стрелки, а следовательно, и силовые линии вокруг проводника на расстоянии 5 — 9 см. имеют смещение в сторону проводника, что позволяет сделать вывод о раскручивающейся форме силовых линий. Величина отклонения конца магнитной стрелки от перпендикулярной линии к проводнику, проходящей через ось стрелки различно. На расстоянии 7см составляет не менее 10 мм или угол отклонения 8°. При увеличении расстояния от оси стрелки до проводника величина смещения уменьшается. При приближении к проводнику оси стрелки величина отклонения увеличивается.

Теоретическая форма силовых линий всегда представляется в виде проекции окружности на перпендикулярной плоскости к оси проводника, кроме того, считается что магнитные силовые линии ни в каких точках поля не могут ни начинаться, ни кончаться.

В ходе эксперимента не подтверждено, что силовые линии магнитного поля прямолинейного проводника с током имеют кольцевую форму и замкнуты. Установлено, что силовые линии при проекции на перпендикулярную плоскость к оси проводника представляют собой спираль, а не окружность. При движении по направлению тока форма спирали соответствует типу «правая» и стрелка компаса всегда отклоняется «южным» концом ближе к проводнику. Известно, что вращение «правой» спирали по часовой стрелке ведет к раскручиванию спирали, а вращение против часовой стрелки ведет к закручиванию спирали [8, 9].

В результате исследования магнитного поля протяженного проводника при постоянном токе величиной 950-2100 ампер получены проекции положения стрелки компаса и соответственно силовых полей на продольную и перпендикулярную плоскости проводника. Анализ полученных результатов позволяет вывести пространственнуюформу силовых линий в виде «правой» конической винтовой линии, представлена на Рис. 5.

Рис. 5 Пространственная форма силовых линий магнитного поля проводника с током. Силовые линии образуют кривую линию в виде конической винтовой линии

с началом на оси проводника. При любом положении оси стрелки компаса южный конец стрелки располагается ближе к проводнику, чем северный. Кривая линия разворачивается по направлению тока.

Установлено, что на отклонения стрелки компаса в магнитном поле проводника с током влияют: расположение проводника с током, величина тока и вторичные магнитные поля. Для снижения искажений, вызванных вторичными магнитными полями, необходимо использовать немагнитный проводящий материал для проводника и использовать единственную магнитную стрелку без корпуса. Эксперимент показал, что силовые линии не являются замкнутыми, не являются окружностями и не лежат в перпендикулярной плоскости оси проводника. Установлена пространственная форма силовой линии в виде «правой» конической винтовой линии, разворачивающейся по направлению тока. Таким образом, обнаружен принцип действия, на котором основано правило буравчика, приводящее к тому, что при вращении винта с правой нарезкой, происходит продольное перемещение винта в направлении тока, т.е. в направлении разворачивающихся силовых линий магнитного поля проводника.

Читайте также:  Максимальный зарядный ток батареи аккумулятора

Список литературы

Сивухин Д.В. Общий курс физики. Том 3. Электричество. Учебное пособие. 2009. 656с.

Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле. М.: Высшая школа. 1988. 263с.

Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. М.: Бином. Лаборатория знаний. 2009. 319с.

Тамм И.Е. Основы теории электричества. Учебное пособие для вузов. М.: ФИЗМАЛИТ. 2003. 613с.

Лисовский В.В., Мансветова Е.Г. Аналог маятника Капицы на стрелке компаса в осциллирующем магнитном поле // Известия РАН. Серия физическая. 2007. Том 71. №11. с. 1545-1547

Жирных Б.Г., Серегин В.И., Шарикян Ю.Э. Начертательная геометрия: учебник. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2015. 168с.

Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики, Электричество и магнетизм. Том 2. М.: ФИЗМАЛИТ. 2019. 488с.

Лазарев С.И., Очиев Э.Н., Абоносимов О.А. Начертательная геометрия для первокурсника. Учебное пособие. Тамбов. Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2004. 68с.

Кузнецов Н.С. Начертательная геометрия: учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа. 1981. 262с., ил.

Источник



что произойдёт со стрелкой компаса,расположенной параллельно проводнику,при включении тока?

наверное, стрелка должна будет отклониться в сторону проводника

Другие вопросы из категории

трубочка с краном. Если из трубки откачать воздух, а затем погрузить её в сосуд с водой и открыть кран, то в трубке брызнет фонтан воды. Почему это происходит?

Читайте также

если В направлено вправо—>,а v вниз?( я думаю, что влево) 4)по двум тонким параллельным проводникам текут одинаковые токи, направление которых в одну сторону(вниз(не к нам, а вниз!!). Как направлен вектор индукции создаваемого ими магнитного поля в точке D? (Она находится от них справа!). Я думаю. что оно вправо, а подруга говорит к нам. (Объясните, почему это происходит, я хочу понять..)

2)взаимное притяжение двух параллельных проводников с сонаправленными токами

3)возникновение тока в металической рамке, вращающейся в постоянном магнитном поле

4)выбивание электрона из поверхности металла при освещении его светом

решение и объяснение, пожалуйста!

2)взаимное притяжение двух параллельных проводников с сонаправленными токами

3)возникновение тока в металической рамке, вращающейся в постоянном магнитном поле

4)выбивание электрона из поверхности металла при освещении его светом

решение и объяснение, пожалуйсто!

Здравствуйте! Мне задали эту задачу , но я считаю что в ней ошибка!
В цепи параллельно проводнику сопротивлению R1=120 Ом подключить проводник сопротивлением R2 то сила тока в первом проводнике уменьшиться в 6 раз какое сопротивление должен иметь резистор , включенный последовательно с образовавшимся разветвлением , чтобы общее сопротивление осталось без изменения?
Разве может при параллельном соединении сила тока в первом проводнике уменьшиться?
Заранее спасибо!

2.В ядре атома цинка (Zn) содержится 65 частиц, из них — 35 нейтронив.Скилькы протонов в ядре и сколько электронов движутся вокруг ядра нейтрального атома цинка?
3.Что произойдет со стрелкой негативного заряженного электроскопа, если к нему поднести положительно заряженное тело?
4.Скляна палочка, после натирания об полиэтиленовую пленку, наелектризувалася положительным зарядом.Звидкы и куда при этом перемещались электроны при натирании: с палочки на пленку или с пленки на палочку Ответ обосновать
5.При электризации прикосновением масса шарика уменьшилась на 9,1 * 10 (-21) кг.Якого знака заряд получила шарик и количестве электронов соответствует это изменение массы? Потеряла или приобрела дополнительное количество электронов эта палочка, если заряд электрона по модулю (велечин ) равна 1,6 * 10 (-19) Кл, а его масса 9,1 * 10 (-31) кг?

Источник

Что произойдёт со стрелкой компаса, расположенной параллельно проводнику, при включении тока? Нарисуйте

Изображение Ответ

Ответы

Ответ

7 мая в клубе военной части было проведено мероприятие « дети войны»,

к 65-й годовщине великой победы.

слова светланы алексеевич из книги «дети войны»

наиболее полно дадут характеристику данному мероприятию и его целям:

« беспощадной волей войны оказывались в пекле страданий и невзгод и осилили, вынесли то, что, казалось бы, и взрослому преодолеть не всегда под силу.война отбирает у мальчиков и девочек детство – настоящее, солнечное, с книгами и тетрадями, смехом, играми и праздниками.самой природой, условиями существования рода человеческого детям предназначено жить в мире! что помнят они? что могут рассказать? должны рассказать. потому что и сейчас где-то тоже рвутся бомбы, свистят пули, рассыпаются от снарядов на крошки, пыль дома и горят детские кроватки. потому что и сегодня хочется кому-то большой войны, вселенской хиросимы, в атомном огне которой дети испарялись бы, как капли воды, засыхали бы, как страшные цветы.как сохранить планету людей, чтобы детство никогда больше не называлось войной? »

и самый главный ответ на поставленный вопрос звучит так: « нужно помнить ужасы войны».

в этот день попытались напомнить об этих ужасах войны организаторы мероприятия: л.в.бондаренко, в.в.калинина, с.п.одинцова, а так же участники — учащиеся нашей школы, которые выступили в роли рассказчиков, чтецов стихотворений, исполнителей военных песен.

на мероприятие были приглашены дети войны , детство которых закончилось 22 июня 1941 года, представители поколения у которого украли детство. у каждого из них своя военная судьба, о которой они поведали живущим в мирное время .

затаив дыхание смотрели на все происходящее в зале зрители .

Источник