Физическая викторина. Электричество и магнетизм. Магнитное поле электрического тока
* Задачи, не требующие для решения эксперимента, отмечены звездочкой. Решая такие задачи, можно использовать рисунки (если они есть в задании), выводя их на экран.
1*. Опыт А. А. Эйхенвальда.
В опыте приводили в быстрое вращение эбонитовый диск, на котором наклеена станиолевая полоска, заряженная отрицательно (рис.). При этом подвешенная над диском магнитная стрелка отклонялась.
1. О чем свидетельствует опыт А. А. Эйхенвальда?
2. В какую сторону отклоняется магнитная стрелка, если диск вращается по часовой стрелке?
2. Прямолинейный проводник с током I расположен на оси кругового тока I1 (рис. а). Найти силу взаимодействия этих двух токов.
3*. Как известно, два параллельных проводника с током одинакового направления притягиваются. Почему же два параллельных пучка катодных лучей одинакового направления отталкиваются, ведь катодные лучи тоже являются током?
4. Над стрелкой компаса расположить прямой однослойный соленоид так, чтобы его ось составляла с осью стрелки угол около 20° (рис.). Длина соленоида должна быть в 4—5 раз больше длины стрелки. Повернется ли стрелка и в какую сторону, если через соленоид пропустить электрический ток? (Сила тока должна быть 2—3 А.) Ответ проверить опытом.
5. Внутрь соленоида, обтекаемого постоянным током силой 2—3 А, ввести часть полосового магнита, который может свободно скользить по проволоке, протянутой внутри соленоида. Взаимное расположение полюсов магнита и соленоида показано на рисунке. В каком направлении будет двигаться магнит из положения, указанного на рисунке?
Ответы
1.
1. Опыт показывает, что около движущегося заряженного тела (как и около проводника с током) существует магнитное поле.
2. Вращающаяся по часовой стрелке заряженная отрицательно полоска эквивалентна круговому току проводимости, текущему против часовой стрелки. Поэтому создаваемое полоской магнитное поле в месте нахождения магнитной стрелки направлено перпендикулярно плоскости чертежа, от читателя. Следовательно, северный конец магнитной стрелки повернется от читателя.
2. Сила взаимодействия равна нулю, так как направление кругового тока совпадает с направлением магнитных силовых линий прямолинейного тока (рис. б).
3. Катодные лучи обладают объемным отрицательным зарядом, поэтому между ними действуют электрические силы отталкивания, а их магнитное взаимодействие мало. Наоборот, между проводниками с током действуют, главным образом, магнитные силы, а их объемный заряд равен нулю, так как, кроме электронов, в них есть такое же число положительных ионов.
4. Силовые линии магнитного поля круговых токов, обтекающих витки длинного соленоида, идут вдоль его оси. Поле сосредоточено главным образом внутри соленоида, а вне его, в месте расположения магнитной стрелки, очень слабое и не оказывает на нее почти никакого действия. Электрический ток не только обходит витки соленоида, но и перемещается вдоль соленоида. Эта продольная (относительно оси соленоида) составляющая тока создает вне соленоида магнитное поле, силовые линии которого перпендикулярны оси соленоида. Поэтому магнитная стрелка установится почти перпендикулярно его оси.
5. Магнитное поле соленоида неоднородно, величина магнитной индукции внутри соленоида больше, чем вне его. В таком поле на магнитный диполь (в данном случае им является постоянный магнит) действует сила, стремящаяся передвинуть его в область поля с большей индукцией. Поэтому магнит втянется внутрь соленоида.