Pracownia: linie pola magnetycznego i indukcja

Potrzebne wiadomości: Magnes, prąd i napięcie.

Mapa pola

Połóż duży szkolny magnes pod kartką i przesuwaj mały kompas między zaznaczonymi punktami, rysując kierunki wskazywane przez północny koniec igły. Nie rozsypuj opiłków przy oczach ani elektronice; nie używaj małych silnych magnesów możliwych do połknięcia. Z dala od magnesu sprawdź tło ziemskie i wpływ metalowego stołu.

W przygotowanym ograniczonym prądowo obwodzie niskiego napięcia umieść kompas obok prostego przewodnika, potem zwojnicy. Nauczyciel sprawdza przewody i zapobiega nagrzewaniu. Porównaj kierunek dla obu zwrotów prądu. Wyłączenie obwodu pozwala sprawdzić, czy efekt rzeczywiście pochodzi od prądu. Ferromagnetyczny rdzeń może zmienić pole, ale sam nie zasila układu energią.

Kompas widzi sumę pól

Odwrócenie prądu odwraca wkład pola przewodu, ale nie pole Ziemi. Dla równych prostopadłych wkładów północnego i wschodniego igła wskazuje północny wschód. Po odwróceniu wkładu przewodu wskazuje północny zachód: zmiana wynosi 90°, a nie 180°. Wykonuj odczyt z dala od przypadkowych stalowych przedmiotów i zanotuj orientację zestawu.

Indukcja

Podłącz cewkę do czułego, odpowiednio dobranego miernika napięcia. Wsuń magnes łagodnie, zatrzymaj, wysuń i porównaj znaki odczytów. Powtórz z inną szybkością, zachowując tor. Zatrzymany magnes nie powinien podtrzymywać napięcia indukcji przy niezmiennym strumieniu. Zmiana prądu w sąsiedniej cewce na gotowym zestawie może dać analogiczny efekt bez ruchu.

Zapisuj orientację uzwojenia i biegunów miernika; znak bez tych informacji jest niejednoznaczny. Energia oddawana odbiornikowi pochodzi z pracy ruchu lub źródła zmieniającego pole. Prawo Lenza nie oznacza powstawania energii z niczego. Nie wyciągaj wniosku o zerowym polu z samego zerowego napięcia indukcji.

Strumień może być duży i nie wywoływać napięcia

Indukcja zależy od zmiany strumienia, a nie tylko jego wartości. Magnes spoczywający względem nieruchomej cewki daje w ustalonych warunkach stałe Φ i zerową siłę elektromotoryczną indukcji. Przesunięcie, obrót albo zmiana samego pola może uruchomić zjawisko.

Dla 200 zwojów i przyrostu strumienia przez jeden zwój 0,0003 Wb w 0,10 s średnia wartość napięcia wynosi 0,60 V. Ten sam przyrost w 0,05 s daje 1,20 V. O polaryzacji decydują kierunek zmian i przyjęta orientacja zwojów; sama dodatnia liczba różnicy wartości bez opisu kierunku nie ustala znaku przewodów.

Cały przebieg zamiast najwyższej cyfry

Rejestruj napięcie wraz z ruchem magnesu. Przy zbliżaniu i oddalaniu znaki są przeciwne przy zachowanej orientacji. Szybszy ruch może dać większe maksimum i krótszy impuls. Dla tych samych początkowego i końcowego strumienia całka napięcia po czasie jest taka sama co do wartości, choć wykresy mają inny kształt.

Ograniczona szybkość rejestratora może przegapić krótki szczyt. Nie porównujemy maksimum z szybkiej próby z uśrednionym wskazaniem wolnego miernika bez uwzględnienia sposobu odczytu. Podaj też, czy miernik był połączony z cewką, czy badano prąd w zamkniętym obwodzie: prąd zależy dodatkowo od oporu i innych własności układu.

Zadania do tego tematu

• Magnes stoi wewnątrz cewki
• Napięcie indukcji z modelowej zmiany strumienia
• Odwrócenie prądu przy kompasie

Dalsza lektura

Materiał referencyjny