§ 9. МАГНІТНІ ЯВИЩА. ДОСЛІД ЕРСТЕДА. МАГНІТНЕ ПОЛЕ

• Назад до змісту

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ

Розгляньте рисунок і назвіть спільну властивість об’єктів, що на ньому зображені, зазначте умову, коли ця властивість виявляється. Що, на вашу думку, вирізняє простір навколо цих об’єктів?

Спільною властивістю зображених об’єктів є здатність створювати магнітне поле та здійснювати магнітну взаємодію. Ця властивість виявляється за умови наявності постійного намагнічування тіл або проходження електричного струму через провідники. Простір навколо цих об’єктів вирізняється наявністю магнітного поля — особливої форми матерії, за допомогою якої здійснюється магнітна взаємодія.

1. Скільки полюсів має магніт?

Будь-який постійний магніт завжди має два полюси: північний ($N$) і південний ($S$). Одержати магніт тільки з одним полюсом неможливо.

А ЯК НАСПРАВДІ?

Які факти з наведеного повідомлення ви оцінюєте як достовірні?

Жоден із наведених фактів не є достовірним. Будь-який магніт завжди має два полюси, а не один. У разі нагрівання до точки Кюрі магніт втрачає свої властивості, тому він не може діяти за будь-яких температур. Крім того, магніти притягують лише феромагнітні матеріали (наприклад, залізо), а не пластик.

ДОСЛІДЖЕННЯ

Дослідіть, використовуючи цвяшки або скріпки, силу притягання різних ділянок поверхні магніту та виявіть місце розташування полюсів. За допомогою магнітної стрілки визначте, який із полюсів магніту є північним (N), а який — південним (S). Наведіть аргументи на підтвердження правильності ваших висновків.

Найбільша кількість скріпок або цвяшків притягується до кінців магніту, тоді як середня частина їх практично не утримує. Це доводить, що полюси магніту розташовані на його кінцях, де магнітна дія є найсильнішою. Якщо кінець магніту притягує південний полюс ($S$) магнітної стрілки, то цей кінець є північним полюсом ($N$) магніту. Якщо кінець притягує північний полюс ($N$) стрілки, він є південним полюсом ($S$). Це обґрунтовано тим, що різнойменні магнітні полюси притягуються, а однойменні — відштовхуються.

2. Що спільного між постійним магнітом і котушкою зі струмом?

Постійний магніт і котушка зі струмом мають два магнітні полюси (північний і південний), створюють навколо себе магнітне поле, притягують залізні предмети та однаково взаємодіють з іншими магнітами (однойменні полюси відштовхуються, різнойменні — притягуються).

3. Яке поле називають магнітним?

Магнітне поле — це форма матерії, яка існує навколо намагнічених тіл, провідників зі струмом, рухомих заряджених тіл і частинок та діє на інші намагнічені тіла, провідники зі струмом, рухомі заряджені тіла й частинки, розташовані в цьому полі.

Порівняйте електричне і магнітне поля та заповніть таблицю.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Назвіть основні властивості постійних магнітів.

До основних властивостей постійних магнітів належать:

1. Магнітна дія магніту є найсильнішою на його полюсах.
2. Магніт має два полюси — північний $N$ і південний $S$; одержати магніт тільки з одним полюсом неможливо.
3. Однойменні полюси магнітів відштовхуються, а різнойменні — притягуються.
4. У разі нагрівання постійного магніту до певної температури (точки Кюрі) його магнітні властивості зникають.

2. Опишіть дослід Г. Ерстеда. У чому суть відкриття вченого?

У своєму досліді Ганс Крістіан Ерстед розмістив прямолінійний провідник над магнітною стрілкою вздовж напрямку «північ — південь». Під час пропускання електричного струму через провідник магнітна стрілка поверталася й встановлювалася перпендикулярно до нього, а після вимкнення струму поверталася в початкове положення. Суть відкриття вченого полягає в доведенні того, що електричний струм створює магнітне поле.

3. Біля яких об’єктів існує магнітне поле? На які об’єкти воно діє?

Магнітне поле існує навколо намагнічених тіл, провідників зі струмом, а також навколо будь-яких рухомих заряджених тіл і частинок. Магнітне поле діє на інші намагнічені тіла, провідники зі струмом, а також на рухомі заряджені тіла й частинки, розташовані в цьому полі.

4. Дайте означення магнітного поля.

Магнітне поле — це форма матерії, яка існує навколо намагнічених тіл, провідників зі струмом, рухомих заряджених тіл і частинок та діє з певною силою на інші намагнічені тіла, провідники зі струмом, рухомі заряджені тіла й частинки, розташовані в цьому полі.

ВПРАВА № 9

1. Магнітну стрілку розташували біля штабового магніту (рис. 1). Який полюс магніту є південним, а який — північним?

Зліва розташований південний полюс (S), а справа — північний полюс (N) штабового магніту.

2. Які з наведених тверджень правильні? а) Магніт може мати лише один полюс. б) Магнітне поле існує навколо провідника зі струмом. в) Однойменні полюси магнітів притягуються.

Правильним є твердження б) магнітне поле існує навколо провідника зі струмом.

3. Сталеву спицю намагнітили та розділили кусачками спочатку на 2, а потім на 4 частини (рис. 2). Яку властивість магнітів демонструє цей дослід?

Цей дослід демонструє властивість, за якої неможливо створити магніт тільки з одним полюсом, оскільки кожна відокремлена частина стає повноцінним магнітом із двома полюсами (N і S).

4. Різнойменні полюси двох магнітів із нікелю розташовані навпроти один одного. Як будуть взаємодіяти ці магніти за кімнатної температури? Як зміниться сила їхньої взаємодії в разі нагрівання магнітів до 450 °С?

За кімнатної температури різнойменні полюси магнітів будуть притягуватися, а в разі нагрівання до 450 °C вони перестануть взаємодіяти, оскільки ця температура перевищує точку Кюрі для нікелю (354 °C), за якої його магнітні властивості повністю зникають.

5. Чи існує магнітне поле навколо блискавки? Відповідь обґрунтуйте.

Так, навколо блискавки існує магнітне поле, оскільки блискавка являє собою потужний електричний розряд, тобто рух заряджених частинок (електричний струм), а навколо будь-якого провідника зі струмом виникає магнітне поле.

6. Уявіть, що вам необхідно зробити отвір у стіні в такому місці, щоб не пошкодити проводи електромережі й не отримати ураження струмом. Візуально визначити місце розташування проводів неможливо. Запропонуйте принцип роботи пристрою, який може допомогти розв’язати проблему.

Пристрій має працювати на основі виявлення магнітного поля, яке виникає навколо провідника під час проходження ним електричного струму. Датчик приладу реагує на змінне магнітне поле або наведену ним електрорушійну силу та сповіщає про наявність прихованої проводки світловим або звуковим сигналом.

7. Дізнайтесь історію відкриття Г. Ерстеда. Які дослідження він провів? Які результати одержав?

У лютому 1820 року данський фізик Ганс Крістіан Ерстед під час лекційного досліду помітив, що магнітна стрілка, розташована біля провідника, відхиляється від напрямку «північ — південь» і встановлюється перпендикулярно до провідника в момент замикання електричного кола. Вчений провів серію експериментів із провідниками з різних матеріалів, змінюючи напрямок струму та положення стрілки, і встановив, що орієнтація магнітної стрілки залежить від напрямку струму. Результатом його досліджень стало експериментальне доведення того, що електричний струм створює магнітне поле, що поклало початок вивченню електромагнетизму.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ЗАВДАННЯ

Візьміть кілька голок із нитками. Складіть нитки в один пучок і повільно піднесіть знизу до голок постійний магніт. Поясніть спостережуване явище (рис. 3).

Під дією магнітного поля постійного магніту сталеві голки намагнічуються та стають тимчасовими магнітами. Оскільки нижні кінці голок притягуються до одного з полюсів магніту, їхні верхні вільні кінці отримують однойменні магнітні полюси, через що відштовхуються один від одного, утворюючи конусоподібне віяло.