§ 9. МАГНІТНІ ЯВИЩА. ДОСЛІД ЕРСТЕДА. МАГНІТНЕ ПОЛЕ

• До змісту відповідей

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. У постійних магнітів ця властивість виявляється за умови, що їхня температура не перевищує точку Кюрі, а в електромагнітних пристроях — під час проходження електричного струму. Простір навколо цих об’єктів вирізняє наявність магнітного поля, яке є особливою формою матерії та передає магнітну дію на інші об’єкти.

1. Скільки полюсів має магніт?

Кожен магніт обов’язково має два полюси: північний (N) та південний (S).

А ЯК НАСПРАВДІ?

Які факти з наведеного повідомлення ви оцінюєте як достовірні?

Усі факти в наведеному повідомленні є недостовірними. Згідно з властивостями постійних магнітів, неможливо створити магніт лише з одним полюсом, магнітна дія зникає при нагріванні до точки Кюрі, а предмети з пластику не притягуються магнітом, оскільки не мають феромагнітних властивостей.

ДОСЛІДЖЕННЯ

Дослідіть, використовуючи цвяшки або скріпки, силу притягання різних ділянок поверхні магніту та виявіть місце розташування полюсів.

У ході дослідження встановлено, що сила притягання цвяшків або скріпок є найбільшою на краях магніту, які називаються полюсами. У середній частині магніту магнітна дія майже не виявляється, що свідчить про зосередження основної сили взаємодії саме на полюсах.

За допомогою магнітної стрілки визначте, який із полюсів магніту є північним (N), а який — південним (S).

Для визначення полюсів необхідно піднести магнітну стрілку до полюсів магніту: північний полюс стрілки притягнеться до південного полюса (S) магніту, а південний полюс стрілки — до північного полюса (N). Висновки ґрунтуються на законі магнітної взаємодії, згідно з яким однойменні полюси відштовхуються, а різнойменні — притягуються.

Наведіть аргументи на підтвердження правильності ваших висновків.

Правильність висновків підтверджується законом магнітної взаємодії: однойменні полюси відштовхуються, а різнойменні — притягуються. Якщо північний полюс магнітної стрілки відштовхується від певної ділянки магніту, то ця ділянка є північним полюсом (N), а якщо притягується — південним (S).

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

Спільним є те, що котушка зі струмом має два полюси (північний і південний) і створює навколо себе магнітне поле. Котушки зі струмом взаємодіють між собою та з постійними магнітами так само, як і постійні магніти: однойменними полюсами відштовхуються, а різнойменними — притягуються.

3. Яке поле називають магнітним?

Магнітне поле — це особлива 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: найсильніша магнітна дія на полюсах магніту; наявність двох полюсів — північного (N) і південного (S); неможливість відокремити один полюс від іншого; відштовхування однойменних полюсів і притягання різнойменних; втрата магнітних властивостей у разі нагрівання до точки Кюрі.

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

У 1820 році данський фізик Ганс Крістіан Ерстед продемонстрував дослід, у якому над магнітною стрілкою було розміщено провідник. Під час пропускання через провідник електричного струму магнітна стрілка відхилялася від свого початкового положення та встановлювалася майже перпендикулярно до провідника. Суть відкриття полягає в тому, що електричний струм має магнітну дію, що доводить зв’язок між електричними та магнітними явищами.

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

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

4. Дайте означення магнітного поля.

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

ВПРАВА № 9

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

На рисунку 1 полюс штабового магніту, позначений літерою S, є південним, а полюс, позначений літерою N, — північним. Це підтверджується положенням магнітної стрілки, оскільки її північний (червоний) полюс притягується до південного полюса магніту, а південний (синій) — до північного.

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. Твердження а) є хибним, оскільки магніт завжди має два полюси, а твердження в) неправильне, тому що однойменні полюси відштовхуються.

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

Цей дослід демонструє властивість неможливості одержати магніт тільки з одним полюсом. Кожна частина розділеної намагніченої спиці стає окремим повним магнітом, який має як північний, так і південний полюси.

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 нікелевих магнітів будуть притягуватися. У разі нагрівання до 450 °С магнітна взаємодія зникне, оскільки ця температура перевищує точку Кюрі для нікелю (354 °С), після якої ферромагнітні матеріали втрачають свої магнітні властивості.

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

Навколо блискавки існує магнітне поле. Блискавка — це потужний електричний розряд, що являє собою спрямований рух вільних заряджених частинок, а навколо будь-якого рухомого заряду або провідника зі струмом завжди 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.

Принцип роботи такого пристрою має базуватися на реєстрації магнітного поля, яке створює електричний струм, що протікає в прихованій проводці. Пристрій, оснащений чутливим датчиком магнітного поля, зафіксує електромагнітну індукцію або відхилення магнітного елемента в місці проходження проводу під напругою.

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

У 1820 році Ганс Крістіан Ерстед під час лекції помітив, що магнітна стрілка, розташована поблизу провідника, відхиляється від напрямку «північ — південь» під час проходження через провідник електричного струму. Він провів дослідження, розміщуючи стрілку над та під провідником, і встановив, що вона завжди прагне стати перпендикулярно до нього. Результатом цих досліджень стало експериментальне доведення зв’язку між електричними та магнітними явищами: електричний струм створює магнітне поле.

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 самі стають тимчасовими магнітами. Оскільки кінці голок, спрямовані до магніту, розташовані поруч і мають однакову полярність, вони відштовхуються одна від одної, через що пучок розходиться у формі віяла. Одночасно з цим виникає сила притягання між магнітом і голками, яка утримує їх у вертикальному положенні в просторі.