Действие магнитного поля на проводник с током • 8 класс • Физика

Содержание

Когда мы изучали магнитное действие электрического тока, то увидели, что проводник с током может прийти в движение. Например, так происходило, когда мы помещали рамку с током в поле дугообразного магнита (рисунок 1).

Рисунок 1. Магнитное действие тока

Два проводника, по которым течет ток, тоже будут взаимодействовать друг с другом (рисунок 2). Только теперь мы можем в полной мере объяснить это явление. Проводники притягивались друг к другу или отталкивались друг от друга, потому что на каждый из них действовало магнитное поле другого.

Рисунок 2. Взаимодействие проводников с током

Магнитное поле действует с некоторой силой на любой проводник с током, находящийся в этом поле.

На данном уроке мы рассмотрим еще несколько примеров воздействия магнитного поля на проводники с током. Вы узнаете, что именно эти явления лежат в основе действия любого электродвигателя, устройство которого мы тоже подробно рассмотрим.

{"questions":[{"content":"Магнитное поле действует на[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["любой проводник с током, внесенный в него","любой проводник, внесенный в него","любое вещество, внесенное в него"],"explanations":["","Если в проводнике нет тока, то магнитное поле действовать на него не будет.",""],"answer":[0]}}}]}

Поступательное движение проводника в магнитном поле

Как показать, что магнитное поле действует на проводник с током, находящийся в этом поле?

Проведем опыт, чтобы отследить движение проводника с током в магнитном поле в зависимости от нескольких параметров. Этими параметрами будут направление тока в проводнике и расположение полюсов магнита.

Возьмем проводник AB. Подвесим его на гибких проводах так, чтобы он оказался между полюсами дугообразного магнита (рисунок 3).

Рисунок 3. Проводник, помещенный в поле дугообразного магнита

А теперь включим ток. Что произойдет? Наш подопытный проводник AB пришел в движение и отклонился (рисунок 4).

Сейчас ток протекает по цепи и направлен от A к B. Проводник отклонился влево.
Если мы перевернем магнит — поменяем его полюса местами — проводник отклонится вправо.

Вернем магнит в первоначальное положение, но поменяем направление тока в цепи. И снова проводник отклонится вправо, а не влево, как в первом опыте.

Рисунок 4. Отклонение проводника с током в поле дугообразного магнита

Обратите внимание на симметрию: изменение направления тока на противоположное дает тот же эффект, что и перемена местами полюсов магнита. 

{"questions":[{"content":"Проводник с током находится в поле дугообразного магнита. Он отклоняется влево. Что нужно сделать, чтобы проводник отклонился вправо?[[choice-5]]","widgets":{"choice-5":{"type":"choice","options":["Поменять местами полюсы магнита","Изменить направление тока в проводнике","Поменять источник тока","Добавить в цепь реостат"],"answer":[0,1]}}}]}

Вращение проводника с током в магнитном поле

Проводник с током может не только двигаться из стороны в сторону в магнитном поле, но и вращаться.

Понаблюдаем на опыте. Для этого нам понадобиться конструкция, изображенная на рисунке 5. Рамка ABCD обвита проводником. Получается обмотка, состоящая из большого количества витков проволоки, покрытой изоляцией. Концы этой проволоки подсоединены к металлическим полукольцам 2.

Каждое из этих полуколец прижато к металлическим пластинам — щеткам 1. По этим щеткам проходит ток от источника к рамке с обмоткой. Эти щетки через несколько контактов и подключаются к источнику тока.

Рисунок 5. Вращение рамки с током в магнитном поле

А теперь проследим направление тока в рамке. Ток идет от положительного полюса источника тока к отрицательному. Значит, в части рамки AB ток будет идти вниз (от B к A). В части рамки CD ток будет идти вверх (от D к C).

А теперь вспомним, что рамка у нас находится в магнитном поле. Под его действием одна часть рамки будет отклоняться в одну сторону, а другая часть — в другую. Причина этому — разное направление тока в этих частях. Получается, что рамка повернется.

Вместе с рамкой, повернутся и полукольца. Теперь они прижмутся к другим щеткам. Ток потечет по рамке в другую сторону. И снова магнитное поле будет воздействовать на части рамки с противоположными по направлению токами и заставит ее повернутся. Так и будет продолжаться вращение.

Именно это явление вращения такой своеобразной катушки с током в магнитном поле и используется в устройстве электрических двигателей. 

{"questions":[{"content":"Вращение рамки в магнитном поле возможно благодаря[[choice-9]]","widgets":{"choice-9":{"type":"choice","options":["постоянному изменению направления тока в рамке","использованию полупроводников","перемене мест полюсов магнита"],"answer":[0]}}}]}

Электрический двигатель

Первый в мире электродвигатель, который можно было применить на практике, был изобретен в 1834 году. Создал его русский ученый Борис Семенович Якоби (рисунок 6).

Рисунок 6. Борис Семенович Якоби (1801–1874)

В применяемых электродвигателях роль рамки с током играет специальный железный цилиндр. Вдоль его боковой поверхности сделаны специальные прорези. В них укладывают витки проволоки (огромное их количество). Эта часть двигателя называется ротором или якорем двигателя (рисунок 7).

Зачем нужен этот цилиндр? Он служит для усиления магнитного поля, которое возникает при протекании тока по виткам проволоки.

Рисунок 7. Упрощенная схема механизма электродвигателя в перпендикулярном разрезе

Ротор вращается в магнитном поле, которое создается сильным магнитом или электромагнитом. Неподвижный электромагнит называют статором. Он и обмотка подключаются к одному и тому же источнику тока.

Через ротор проходил вал. Можно сказать, что он и является осью вращения. Вал соединяется с другим механизмом, который и приводится ротор во вращение.

{"questions":[{"content":"Ротором электродвигателя называется его[[choice-12]]","widgets":{"choice-12":{"type":"choice","options":["движущаяся часть","неподвижная часть","обмотка","движущаяся и неподвижная части вместе"],"answer":[0]}}}]}

Применение электродвигателей

Электрические двигатели постоянного тока широко применяются на транспорте. Например, в электровозах, трамваях, троллейбусах.

Специальные безыскровые двигатели применяются в насосах для выкачивания нефти из скважин.

В технике чаще применяются электродвигатели переменного тока — о них вы узнаете позже. Тем не менее микроэлектродвигатели постоянного тока используются в системах автоматического регулирования и в бытовых приборах. Более мощные электродвигатели используются главным образом для приведения в действие прокатных станов, подъемных кранов и прочего.

Преимущества электродвигателей

Если сравнивать электрические двигатели с тепловыми, то первые обладают рядом серьезных преимуществ:

1. Размеры
   При одинаковой мощности электрические двигатели гораздо меньше тепловых.
2. Экологичность
   Тепловые двигатели при работе выделяют газы, дым, пар — загрязняют воздух. При работе электродвигателя таких побочных продуктов не возникает.
3. Источник питания
   Для электродвигателя необходимо подключение к сети, тогда как тепловой двигатель требует запаса топлива и воды.
4. Мощность
   Электрический двигатель можно изготовить практически любой мощности. Например, в электробритве двигатель имеет мощность в несколько ватт, а на экскаваторе несколько тысяч киловатт.
5. КПД
   Некоторые электродвигатели имеют КПД, равный $98 \%$. КПД тепловых двигателей намного ниже.

{"questions":[{"content":"Какой из двигателей обладает наибольшим коэффициентом полезного действия?[[choice-16]]","widgets":{"choice-16":{"type":"choice","options":["электрический двигатель","двигатель внутреннего сгорания","Паровая турбина","Паровая машина"],"answer":[0]}}}]}

Задания

Задание №1

Вращение рамки с током в магнитном поле используется в устройстве электрических измерительных приборов. На рисунке 8 показана схема устройства одного из таких приборов. Между полюсами постоянного магнита (или электромагнита) располагается легкая катушка К, внутри которой находится неподвижный железный сердечник С. Катушка расположена горизонтально. Ток в нее поступает по металлическим пружинкам П. При отсутствии тока пружины удерживают катушку в горизонтальном положении, а прикрепленную к ней стрелку — на нулевом делении шкалы. Объясните, как действует прибор.

Рисунок 8. Устройство электрических измерительных приборов

Включим такой прибор в цепь. Теперь по катушке начинает идти ток. Она же находится в магнитном поля постоянного магнита. Под его действием она начинает поворачиваться (наклоняться). Пружины растягиваются, и стрелка отклоняется от нулевого положения.

Задание №2

На рисунке 9 изображен автомат, с помощью которого включается звонок, когда температура в помещении поднимается выше нормы. Назовите все части автомата. Объясните его действие. В каких случаях целесообразно применять такие автоматы? Приведите примеры.

Рисунок 9. Автомат для контроля температуры

В таком автомате стоит два источника тока: один для питания катушки с током, а второй — для электрического звонка (рисунок 10).

Когда температура поднимается, поднимается и столбик ртути в термометре. Когда температура достигает критического значения, контакты замыкаются. Теперь через катушку течет ток. Вокруг нее возникает магнитное поле. Она притягивает к себе якорь. Замыкается вторая часть цепи — с электрическим звонком. Звонок подает звуковой сигнал.

Рисунок 10. Устройство автомата для контроля температуры

Такие автоматы удобно применять, когда температура имеет большое значение. Например, в теплицах или инкубаторах.

Часть 2.

В1.На рисунке показано направ­ление линий магнитного поля прямого проводника. Как на­правлен ток в проводнике — от нас ила к нам?

В2. Нарисуйте расположение магнитных линий для двух магнитов, расположенных так, как показано на рисунке.

Часть 3.

С1.Определите полюсы катушки с током (см. рисунок).

Вариант 2

А1. Вокруг движущихся электрических зарядов существует…

A. магнитное поле.

Б. электрическое поле.

B. электрическое и магнитное поле.

А2.Железные опилки в магнитном поле прямого тока распо­лагаются…

A. беспорядочно.

Б. по прямым линиям.

B. по замкнутым кривым, охватывающим проводник.

А3.При… силы тока действие магнитного поля катушки с то­ком…

A. Увеличении; усиливается. Б. Увеличении; ослабляется.

B. Уменьшении; усиливается.

А4.Одноименные магнитные полюсы…, разноименные…

А. притягиваются; отталкиваются.

Б. отталкиваются; притягиваются.

А5.Какой из приведенных ниже металлов сильнее притягива­ется магнитом?

А. Алюминий. Б. Железо. В. Медь.

А6.Как направлены магнитные линии между полюсами магнита (см. рис.)?

А. От А к В. Б. От В к А.

А7.Какое явление используется в устройстве электродвигателей?

A. Вращение рамки в магнитном поле.

Б. Вращение рамки с током в магнитном поле.

B. Вращение рамки с током.

Часть 2.

В1.Какое направление имеет электрический ток в провод­нике, направление линий маг­нитного поля которого указано стрелками?

В2.Если стальной полосовой магнит распилить пополам, то каким магнитным полюсом будет обладать конец А?

Часть 3.

С1.На рисунке изображена катуш­ка с током. Какой конец ка­тушки обладает свойствами се­верного магнитного полюса?

Ответы.

Номер задания	А1	А2	А3	А4	А5	А6	А7	В1	В2	С1
Вариант1	Б	Б	Б	В	Б	Б	А	От нас	—	N,S
Вариант2	А	В	А	Б	Б	Б	Б	налево	S	В

Контрольная работа по теме «Световые явления».

Вариан 1

А1.На рисунке изображены падающий и отраженный лучи света. На каком из рисунков показан правильный ход лучей?

А.1. Б. 2.

А2.Угол падения луча света на зеркальную поверхность равен 15°. Чему равен угол отражения?

А. 30°. Б. 40°. В. 15°.

А3.Человек стоит на расстоянии 2 м от плоского зеркала. На каком расстоянии от себя он видит свое изображение?

А. 2 м. Б. 1 м. В. 4 м.

А4.Угол между падающим и отраженным лучами равен 20°. Каким будет угол отражения, если угол падения увеличится на 5°?

А. 40°. Б. 15°. В. 30°.

А5.Какой цифрой обозначено изображение предмета АВ в пло­ском зеркале (см. рис.)?

А. 1. Б. 2. В. 3.

А6.Луч света падает на поверхность воды (см. рис.). На каком из рисунков правильно показан ход преломленного луча?

А.1 Б. 2.

А7.Какие из изображенных на рисунке линз являются со­бирающими?

А. 1, 2, 3. Б. 1, 2, 4. В. 2, 3, 4.

Часть 2.

В1.Оптическая сила линзы равна 5дптр. Чему равно фокусное расстояние линзы?

В2.Угол падения луча на зеркальную поверхность равен 700. Чему равен угол между отраженным лучом и зеркальной поверхностью?

Электродвигатель: физика, эффективность и типы

Большинство из нас используют электродвигатели каждый день; питание электрической зубной щетки по утрам, вращение вентиляторов для охлаждения компьютера или запуск двигателя в автомобиле. Эти устройства преобразуют электрическую энергию в механическую и делают это с помощью всего одной движущейся части! В этой статье объясняются основные принципы работы электродвигателя, его компоненты, а также некоторые распространенные типы и области применения электродвигателей.

Электродвигатель Определение

Электродвигатель представляет собой электромеханическое устройство, которое преобразует входную электрическую энергию в выходную механическую энергию. В двигателях постоянного тока это достигается в первую очередь за счет взаимодействия стационарного магнитного статора и электромагнитного ротора, создающего силу, это известно как моторный эффект.

Провод, по которому течет ток, создает магнитное поле вокруг провода. Когда это электромагнитное поле взаимодействует с другим магнитным полем, создаваемым постоянным магнитом или электромагнитом, на провод действует сила.

Величина силы зависит от напряженности постоянного магнитного поля, длины провода, проходящего через поле, и величины тока, определяемой уравнением моторного эффекта. Двигательный эффект наиболее силен, когда провод / ток и магнитное поле находятся под углом 90 ° друг к другу, при этом сила эффекта уменьшается до нуля, если провод и магнитное поле параллельны.

(слева) Схема моторного эффекта, показывающая взаимодействие провода с током с магнитным полем, создающим силу на проводе. (справа) Левосторонний инструмент Флеминга — способ определения направления силы на проволоке. Изучайте умные оригиналы.

F=B×I×L

F – сила в ньютонах (Н)

B – плотность магнитного потока в тесла (Тл)

I – сила тока в амперах (А)

Li – длина проводника в метрах( m)

Правило левой руки Флеминга

Правило левой руки Флеминга — это простой инструмент, с помощью которого можно легко определить направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле. Используя левую руку, держите большой, указательный и средний пальцы под прямым углом друг к другу, как показано выше. Затем укажите указательным пальцем в направлении магнитного поля (с севера на юг), а средним пальцем в направлении тока (+ к -). Затем ваш большой палец указывает в направлении результирующей силы на проводе!

Типы электродвигателей

Существует бесчисленное множество вариантов конструкции электродвигателя для различных применений, но они делятся на две основные категории: двигатели переменного тока (AC) и двигатели постоянного тока (DC).

Двигатели постоянного тока

Простейшая форма двигателя постоянного тока состоит из стационарного магнитного поля и проводящей катушки, соединенной с коммутатором с разъемным кольцом, который подключается к источнику питания постоянного тока через щетки. На приведенной ниже диаграмме показан двигатель этого типа в исходном положении.

Схема, показывающая компоненты очень простого двигателя постоянного тока и то, как они создают вращательную силу вокруг оси двигателя. Росс Макдональд, StudySmarter Originals.

Теперь давайте пошагово рассмотрим, как работает двигатель постоянного тока:

1. Когда на щетки подается напряжение, коммутатор с разъемным кольцом передает это напряжение на катушку, которая создает ток в катушке. Катушка с током находится в магнитном поле, поэтому эффект двигателя создает противоположную силу на каждой стороне катушки, поскольку ток течет в противоположных направлениях. Это создает вращающую силу на катушке, и в этом примере двигатель начинает вращаться против часовой стрелки.

2. После поворота на 90 градусов от исходного положения коммутатор с разъемным кольцом меняет направление тока на обратное. Это приводит к тому, что сторона катушки в верхней части вращения теперь испытывает силу, направленную вниз, а сторона катушки в нижней части двигателя испытывает силу, направленную вверх. В сочетании с импульсом от начального вращения это продолжает ускорять катушку при вращении против часовой стрелки.

3. После поворота еще на 180° коммутатор с разъемным кольцом снова меняет направление тока и направление сил, действующих на катушку. Это ускоряет катушку на следующем полуобороте, и эта последовательность продолжается, пока двигатель вращается.

Коммутатор с разъемным кольцом используется для надежного переключения направления тока в катушке с той же скоростью, что и двигатель. Как видно на схеме выше, коммутатор с разъемным кольцом состоит из двух полуцилиндрических проводников, прикрепленных к каждому концу катушки двигателя. Щетки проводят ток от источника питания на две половины разъемного кольцевого коммутатора.

Когда двигатель вращается, коллектор с разрезным кольцом вращается вместе с ним. Поскольку щетки остаются неподвижными, это приводит к тому, что каждая сторона коллектора с разрезным кольцом контактирует с положительной щеткой на один полуоборот, а с отрицательной щеткой на другой полуоборот. Это приводит к тому, что полярность напряжения, подаваемого со щеток на катушку, меняется каждые пол-оборота, а также меняет направление тока.

Поскольку щетки и коллектор с разрезным кольцом работают при помощи физического скользящего контакта, часто это первая часть двигателя постоянного тока, которую необходимо заменить по мере износа щеток.

Для увеличения мощности двигателя постоянного тока существует три основных подхода:

• Увеличение силы магнитного поля. Это увеличивает член В в уравнении моторного эффекта, создавая большую силу на катушке.

• Добавление дополнительных витков (петлей) в катушку. Это увеличивает общую длину катушки, увеличивая Lчлен в уравнении моторного эффекта и создавая большую силу.

• Использование более высокого тока в катушке. Это увеличивает член в уравнении двигательного эффекта, создавая большую силу.

Производительность также можно улучшить, добавив железный сердечник к ротору электромагнита, как показано на более типичном двигателе постоянного тока ниже.

Схема типичного двигателя постоянного тока, показывающая катушку ротора с множеством контуров и железным сердечником для повышения производительности. Википедия.

Бесщеточный двигатель постоянного тока более совершенным типом. Как следует из названия, основное отличие этого типа двигателя заключается в том, что он не имеет коллектора с разрезным кольцом или щеточных компонентов. Вместо этого полярность напряжения питания постоянного тока изменяется в цифровом виде с помощью полупроводникового контроллера. Преимущество этого заключается в повышенной надежности, поскольку щетки в щеточных двигателях часто изнашиваются и требуют замены, а также в целом обеспечивает лучшую производительность.

Двигатели переменного тока

Двигатели переменного тока работают по тому же принципу, что и двигатели постоянного тока, но с некоторыми ключевыми отличиями. Как правило, обмотки катушки образуют статор (неподвижную часть) двигателя, а ротор представляет собой постоянный магнит или электромагнит.

В источнике питания переменного тока напряжение меняется синусоидально от положительного к отрицательному, как показано ниже. Когда переменное напряжение подается на обмотки катушки статора электромагнита, переменное напряжение создает переменное магнитное поле. В двигателе переменного тока это переменное магнитное поле используется для создания вращающей силы на роторе и вращения двигателя. Коммутатор с разъемным кольцом больше не нужен, так как направление тока меняется на противоположное при подаче переменного тока.

(Вверху) — Синусоидальное изменение напряжения в сети переменного тока. (Внизу) — Соответствующая сила и направление магнитного поля, создаваемого электромагнитом с приложенным переменным напряжением. Росс Макдональд, StudySmarter Originals

Функции электродвигателей

Электродвигатели используются в бесчисленных устройствах, с которыми мы взаимодействуем каждый день. В бытовых устройствах обычно используется двигатель постоянного тока, если они питаются от батареи, и двигатель переменного тока, если они питаются от сети. Это делается для того, чтобы избежать преобразования источника питания с переменного тока на постоянный или наоборот, что снизит эффективность и увеличит стоимость из-за необходимых дополнительных компонентов. Ниже вы можете увидеть применение двигателей постоянного и переменного тока в повседневном использовании.

Бытовые электродвигатели постоянного тока :

• Электрическая зубная щетка
• Вентилятор охлаждения ноутбука
• Автомобиль с дистанционным управлением
• Дрель на аккумуляторе
• Вибромотор в игровом контроллере 9 0044
• Автомобильный стартер

Бытовые электродвигатели переменного тока :

• Вытяжка
• Кухонный миксер
• Пылесос
• Стиральная машина
• Микроволновая печь

Расчет мощности электродвигателя

При расчете мощности электродвигателя необходимо учитывать две переменные: выходную мощность и входную мощность.

Выходная мощность электродвигателя

Поскольку мощность равна энергии в секунду, мы можем рассчитать выходную механическую мощность двигателя, измерив время, необходимое для выполнения известного объема работы. В простом эксперименте для этого можно было бы использовать двигатель, поднимающий массу, наматывая ее на веревку.

Мы знаем, что выполненная работа равна силе, умноженной на расстояние, на котором она приложена:

workdone[J]=force[N]×distance[m]

Механическая мощность двигателя (то есть выходная мощность двигателя) находится путем деления количества полезной работы, выполненной на количество секунд, в течение которых она взялся за завершение работы.

PMech[W]=POut[W]=workdone[J]timetake[s]

Потребляемая мощность электродвигателя

Потребляемая мощность электродвигателя может быть найдена с использованием общего уравнения электрической мощности. Обратите внимание, что это можно сделать, потому что входная мощность электродвигателя представляет собой электрическую мощность.

PElec=PIn=Напряжение[В]×Ток[А]

КПД электродвигателя

Эффективность устройства — это способ измерения того, сколько энергии, которую вы вкладываете, преобразуется в полезную выходную энергию. Общая формула КПД устройства:

Эффективность = полезная выходная мощностьвходная мощность

Для электродвигателя входная мощность является электрической, а выходная — механической. Основным источником отработанной энергии в электродвигателе является тепло – оно вырабатывается как электрическое сопротивление проволочных катушек и трение между подвижными и статическими компонентами.

КПД двигателя можно рассчитать, разделив полезную выходную механическую мощность на общую потребляемую электрическую мощность. Это преобразуется в процентную эффективность путем умножения на 100.

КПД двигателя=PmechoutPelecin×100%

Подъем груза 20 Н на вертикальное расстояние 1 м требует 20 Дж работы. Мотор тянет 0,75 А на 12 В на 3 секунды для подъема груза. Найти:

1. Потребляемая мощность двигателя.
2. Выходная мощность двигателя.
3. КПД двигателя.

Потребляемая мощность

Потребляемая мощность двигателя находится путем умножения напряжения на потребляемый ток:

Pelecin=Voltage×Current=12V×0,75A=9W

Выходная мощность 90 056

Выход мощность двигателя находится путем погружения количества выполненной работы во время (в секундах), затраченное на выполнение работы:

Pmechout=workdonetimetaken=20J3s=6,67 Вт

КПД двигателя

КПД двигателя рассчитывается путем нахождения доли входной мощности, которая преобразуется двигателем в полезную выходную мощность. Чтобы найти КПД в процентах, мы умножаем отношение на 100:

КПД двигателя=6,67W9W×100%=74,1%

Электродвигатели – основные выводы

• Электродвигатели работают благодаря явлению, называемому эффектом двигателя. Двигательный эффект — это сила, действующая на проводник с током, когда он проходит через магнитное поле.
• Силу силы можно увеличить, увеличив либо напряженность магнитного поля, ток в проводе, либо длину провода в магнитном поле.
• В двигателе постоянного тока используется коммутатор с разъемным кольцом для изменения направления тока в проволочной катушке каждые пол-оборота. Это гарантирует, что сила, действующая на проволочную катушку, всегда продолжает ускорять вращение катушки и раскручивать двигатель.
• Двигатель переменного тока также использует эффект двигателя для вращения, но использует источник питания переменного тока для изменения направления тока вместо коммутатора с разъемным кольцом. Обычно двигатели переменного тока имеют обмотку катушки в статоре и ротор с постоянным магнитом или электромагнитом.
• КПД электродвигателя можно рассчитать, измерив, сколько входной энергии необходимо для выполнения известного объема работы.

Двигательный эффект: научный проект «Магнетизм и электричество»

Научный перекус

Двигательный эффект

Магнит воздействует на провод с током.

Science Snack

Двигательный эффект

Магнит воздействует на провод с током.

Это простое устройство показывает, что когда электрический ток течет через магнитное поле, на ток действует сила. Эту силу можно использовать для создания электродвигателя.

Инструменты и материалы

• От двух до четырех небольших дисковых магнитов
• Одна или две батарейки для фонарика на 1,5 В
• Гибкий провод длиной от двух до трех футов (от 60 см до 1 метра), например, сплошной или многожильный соединительный провод или магнит провод
• Малярная лента
• Наждачная бумага
• Стол
• Напарник

Сборка

1. Снимите изоляцию с концов провода. (Используйте нож для многожильного провода или используйте наждачную бумагу, чтобы удалить почти невидимую изоляционную эмаль с магнитного провода.)
2. Приклейте батарейку (или две) к краю стола. Если вы используете две батареи, закрепите их лентой так, чтобы они были расположены последовательно, при этом положительный вывод одной батареи касался отрицательного вывода другого аккумулятора.
3. Рядом с клеммой каждой батареи прикрепите концы провода к столу скотчем. Позвольте оставшейся части проволоки свисать над краем стола в виде петли.
4. Сгруппируйте дисковые магниты в одну цилиндрическую кучу.

Действия и уведомления

Попросите одного человека держать сгруппированные магниты рядом с нижней частью проволочной петли.

Попросите другого человека, сидящего на столе, прикоснуться одним концом провода к положительной стороне батареи (или батарей) и одновременно прикоснуться другим концом провода к отрицательной стороне. (См. фотографии вверху.) Проволочная петля будет прыгать в том или ином направлении.

Если вы измените направление тока, провод перескочит в противоположном направлении. Чтобы изменить направление тока, подключите провод, который был подключен к положительному концу батареи, к отрицательному концу и наоборот.

Посмотрите, что еще произойдет, если вы поменяете ориентацию магнитов или подержите их в другом месте рядом с проводом.

Что происходит?

Магнитное поле дисковых магнитов воздействует на электрический ток, протекающий по проводу. Провод будет двигаться вверх или вниз, вперед или назад, в зависимости от направления тока и направления магнитного поля дисков.

Чтобы предсказать направление движения, вы можете использовать математический инструмент под названием 

правило правой руки . Поместите правую руку рядом с отрезком провода, который проходит между магнитами диска. Сделайте ладонь ровной, большой палец должен быть отведен в сторону — большой палец должен быть под прямым углом к ​​остальным. Поместите руку так, чтобы большой палец указывал вдоль провода в направлении прохождения электрического тока (ток течет от положительного вывода батареи к отрицательному полюсу), а пальцы указывали от северного полюса дисковых магнитов к их южный полюс. (Вы можете найти северный полюс магнитов с помощью компаса; южный конец компаса будет указывать на северный полюс магнита.) Затем ваша ладонь будет естественным образом «толкать» в направлении магнитной силы, действующей на провод. .


Отклоняющая сила, с которой магнит действует на провод с током, является механизмом работы большинства электродвигателей. Любопытно (и к счастью для нашего чувства симметрии!), обратный эффект также верен: переместите петлю провода через полюс магнита, и по проводу начнет течь ток. Это, конечно, принцип электрического генератора. Электрический ток, который вы генерируете, перемещая эту единственную петлю провода через слабое магнитное поле дисковых магнитов, слишком слаб, чтобы его можно было обнаружить любыми микроамперметрами, кроме самых чувствительных.

Идем дальше

Этот эксперимент создает лишь короткий импульс движения. Мотор требует непрерывного движения. Эта проблема была первоначально решена в начале 1800-х годов изобретением коммутаторов. Коммутатор представляет собой скользящий контакт, который не только создает электрический контакт с вращающейся проволочной петлей, но и позволяет изменять направление тока на противоположное каждые полпериода вращения.