Среди действий эл.тока есть магнитное (см 10 вопрос). Оно проявляется в том, что между проводниками с током возникают силы взаимодействия, которые назвали магнитными. Для изучения магнитного действия тока воспользуемся магнитной стрелкой (два полюса и ось, которая их соединяет).
Опыт - расположим проводник, включенный в цепь источника тока, над магнитной стрелкой, параллельно ее оси. При замыкании цепи стрелка отклоняется от первоначального положения. При размыкании – возвращается обратно. Опыт показывает существование вокруг проводника магнитного поля, которое и взаимодействует со стрелкой. Таким образом магнитное поле существует вокруг любого проводника с током, т.е. вокруг движущихся эл.зарядов. Вокруг неподвижных эл.зарядов существует только электростатическое поле, вокруг движущихся – и электрическое, и магнитное.
Существование магн.поля можно определить железными опилками (опыт – проводник с током через лист картона с опилками).
Согласно гипотезе Ампера магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми эл.токами внутри него. Внутри молекул циркулируют элементарные эл.токи. Если токи расположены хаотично, то компенсируют друг друга и у тела нет магнитных свойств. В намагниченном состоянии эти токи ориентированы строго определенным образом и их действия складываются.
Т.о. магнитные взаимодействия обусловлены движением эл.зарядов – током. Ток создает магнитное поле. Взаимодействие токов можно наблюдать на опыте
– два гибких проводника, источник тока. Если верхние концы проводников соединены так, что ток в каждом противоположного направления – проводники отталкиваются. Если ток одного направления – притягиваются. Если ток идет только по одному проводнику – взаимодействия нет.
Следовательно, в пространстве, окружающем эл.заряды, возникает эл.поле, так и в пространстве, окружающем проводники с током, возникает магнитное поле.
Магнитное поле – особая форма материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами. Оно материально, существует независимо от нас и наших знаний, и обладает определенными свойствами.
Свойства магнитного поля
– порождается током (движущимися зарядами), и обнаруживается по действию на ток (движ.заряды). Для описания взаимодействия токов, требуются ввести несколько величин. Исследования проводятся с помощью контура с током малых (по сравнению с расстояниями, на которых магнитное поле заметно изменяется) размеров. Опыт
– подвесим рамку с током между полюсами магнита. Рамка будет поворачиваться до тех пор, пока ее плоскость не станет перпендикулярной к линии, соединяющей полюса магнита. Аналогично ведет себя и магнитная стрелка. Следовательно, величина, характеризующая магнитное поле, должна быть векторной.
Вектор магнитной индукции – векторная величина, характеризующая магнитное поле.
Всегда перпендикулярен току в проводнике.
Если вращать рукоятку буравчика с правой нарезкой по направлению тока в рамке, направление совпадет с перпендикуляром к плоскости рамки в сторону поступательного движения буравчика (Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением ). Для соленоида - если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление внутри соленоида.
Линии магнитной индукции - линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор в данной точке пространства.
Как и в случае линий напряженности электрического поля, считаем, что густота линий характеризует в данном месте. Они всегда замкнуты, что означает равенство нулю потока магнитной индукции через замкнутую поверхность. Это свойство магнитного поля связано с отсутствием магнитных зарядов.
в магнитном поле прямого проводника
с током магнитная стрелка устанавливается по касательной к окружности. Плоскость окружности перпендикулярна проводу, ее центр лежит на оси провода. Направление устанавливают по правилу буравчика. Буравчик должен двигаться в направлении тока. Концы его рукоятки будут перемещаться в направлении, принятом за направление . Линии магнитного поля представляют собой концентрические окружности, которые сгущаются к центру. Следовательно, магнитная индукция вблизи проводника больше, чем вдали.
Магнитное поле кольца с током
Магнитное поле катушки с током - если катушку подвесить на тонких проводниках, она установится так же, как и магнитная стрелка. Т.о. у катушки есть два полюса – северный и южный. Если длина катушки много больше его диаметра, то поле внутри катушки считаем однородным. Внутри катушки линии поля параллельны, их густота везде одинакова. Вне катушки они направлены от северного пояса к южному. Катушки с током используют в качестве магнитов. Они удобны тем, что магнитное действие можно изменять в широких пределах (магнитное действие тем сильнее, чем больше количество витков или больше сила тока). Железо, введенное внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки.
Катушка с железным сердечником внутри – электромагнит
. Они могут быть разных размеров, их магнитное действие можно регулировать, они очень быстро размагничиваются при выключении тока. Используются – переноска тяжелых изделий, сепаратор для зерна (мелкие железные опилки прилипают к зернам сорняков, зерна высыпают на барабан, внутри которого электромагнит. Притягивая мелкие опилки, он извлекает зерна сорняков и другой мусор из общего зерна)
Если в катушку с током вставить стержень из закаленной стали, то он длительное время сохраняет намагниченность (вызванную движением электронов) после выключения тока.
Линии магнитной индукции можно сделать видимыми с помощью железных опилок.
Для магнитного поля, как и для электрического, справедлив принцип суперпозиции. Если в данной точке пространства различные токи создают магнитные поля, магнитные индукции которых В 1 , В 2 , В 3
и т.д., то результирующая магнитная индукция в этой точке равна 
Модуль магнитной индукции определяется по формуле
, где М тах
– максимальный момент сил, действующих на рамку, I
– сила тока в ней, S
– площадь рамки.
Магнитный поток
. Вектор магнитной индукции характеризует поле в каждой точке пространства. Введем величину, которая характеризует поле во всех точках произвольно выбранной поверхности. Эту величину называют магнитным потоком. Она аналогична вектору электрической напряженности. Выделим в магнитном поле кусочек площадью ΔS
, чтобы магнитную индукцию во всех его точках можно считать одинаковой. Пусть - нормаль к элементу, образующая угол α
с направлением вектора .
Потоком вектора магнитной индукции через поверхность площадью ΔS
называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь ΔS
и косинус угла α
между векторами и 
Поток может быть как «+», так и «-», в зависимости от значения угла. Поток магнитной индукции показывает, какое количество линий пронизывает данную площадку.
Вокруг Земли тоже есть магнитное поле
, так как стрелка компаса устанавливается в определенном направлении вдоль его магнитных линий. Около Северного географического полюса магнитные линии отклоняются и вертикально входят в землю (это Южный магнитный полюс, удаленный от Сев.географ. на 2100км) . Северный магнитный полюс находится около Южного географического, здесь магнитные линии выходят из земли.
Оно оказывает существенное влияние на поток заряженных частиц из космоса. Это третий защитный пояс вместе с атмосферой и ионосферой. Действуя на заряженную частицу, оно изменяет ее траекторию. Вместо прямой линии получается спираль, навивающаяся на линии индукции поля. Кроме того, поле удерживает на большой высоте заряженные частицы небольших энергий. Эти частицы окружают земной шар и называются радиационными поясами.
Магнитное поле земли меняют магнитные бури из-за солнечной активности и выброса с его поверхности огромного числа заряженных частиц.
Есть на Земле магнитные аномалии - области, где магнитные стрелки всегда отклонены от магнитных линий Земли. Причина – огромные залежи железной руды – Курская аномалия.
Существование магнитного поля Земли не объяснено до конца. Считается, что его причина – электрические токи в атмосфере и в земной коре. У планет Солнечной системы также есть магнитные поля.
Постоянные магниты
- тела, длительное время сохраняющие намагниченность. Те места магнита, где обнаруживаются наиболее сильные магнитные действия – полюса магнита (северный и южный)
. Не все материалы одинаково хорошо притягиваются магнитом. Чугун, сталь, железо – хорошо, никель и кобальт – плохо.
В природе встречаются естественные магниты – железная руда. Его наличие позволило лучше изучить магнитные свойства тел:
Две магнитные стрелки рядом повернутся друг к другу противоположными полюсами, одноименные полюса отталкиваются,
Аналогично – стрелка и магнит,
Так как вокруг любого магнита есть магнитное поле, установим с помощью опилок, как оно выглядит у дугообразного и полосового магнита (рис). Магнитные линии замкнуты, выходят из северного и входят в южный полюс, замыкаясь внутри магнита.
18. Напряжённость магнитного поля. Магнитная проницаемость, магнитная индукция, магнитный поток.
Магнитное поле характеризуется следующими понятиями:
Магнитный поток – линии магнитного поля, которые проходят через рассматриваемую площадку (можно сравнить с потоком жидкости в трубе).
Φ = B·S, где
Φ (fii) –магнитный поток . Единица измерения – вебер (Вб; Wb).
B –индукция магнитного поля – тесла (Тл; Т)
S – площадь, через которую проходит магнитный поток. (m²; м²)
Магнитная индукция, или индукция магнитного поля (а также – плотность магнитного потока).
B = Φ / S , где
B –магнитная индукция . Единица измерения – тесла (Тл; Т) или Вб/м²
Магнитная индукция в 1 Тл может быть представлена как сила, действующая на провод длиной 1м, в котором проходит ток в 1А.
Напряженностью магнитного поля называют векторную величину, характеризующую магнитное поле и определяемую следующим образом:
H = B / µ α
Где µα –абсолютная магнитная проницаемость , которая учитывает влияние среды, в которой действует магнитное поле.
Единица измерения напряжённости магнитного поля – А / м (ампер на метр). Единица измерения абсолютной магнитной проницаемости – Гн / м (генри на метр). Абсолютная магнитная проницаемость может быть выражена следующим соотношением:
µ α = µ·µо
где µ - относительная магнитная проницаемость, которая показывает во сколько раз индукция магнитного поля в данной среде больше, чем в вакууме;
µ α –магнитная проницаемость вакуума или магнитная постоянная ,
µ α = 4π·Г / м.
В зависимости от значений µ материалы разделяются так:
– диамагнитные материалы и среды (медь, серебро, вода и др.) - µ< 1,
например, для меди µ = 0.999995
– парамагнитные материалы (натрий, алюминий, воздух) –
– ферромагнитные материалы (сталь, никель, и др.), для которых µ может достигать десятков тысяч. Они имеют исключительно важную роль в электротехнике. При электротехнических расчётах и конструировании приборов, машин и аппаратов относительная магнитная проницаемость диамагнитных и парамагнитных материалов принимается равной единице.
19. Магнитное поле прямолинейного проводника с током. Правило буравчика.
Магнитное поле проводника с током . При прохождении тока по прямолинейному проводнику вокруг него возникает магнитное поле (рис. 38). Магнитные силовые линии этого поля располагаются по концентрическим окружностям, в центре которых находится проводник с током. Направление магнитного поля вокруг проводника с током всегда находится в строгом соответствии с направлением тока, проходящего по проводнику. Направление магнитных силовых линий можно определить по правилу буравчика. Его формулируют следующим образом. Если поступательное движение буравчика 1 (рис. 39, а) совместить с направлением тока 2 в проводнике 3, то вращение его рукоятки укажет направление силовых линий 4 магнитного поля вокруг проводника. Например, если ток проходит по проводнику в направлении от нас за плоскость листа книги (рис. 39, б), то магнитное поле, возникающее вокруг этого проводника, направлено по часовой стрелке. Если ток по проводнику проходит по направлению от плоскости листа книги к нам, то магнитное поле вокруг проводника направлено против часовой стрелки. Чем больше ток, проходящий по проводнику, тем сильнее возникающее вокруг него магнитное поле. При изменении направления тока магнитное поле также изменяет свое направление.
.
Магнитное поле вокруг прямолинейного
проводника с током
Определение направления магнитного
поля по правилу буравчика.
Наиболее простым способом определения направления магнитных силовых линий является использование правила буравчика .
Определение направления магнитных силовых линий по правилу буравчика.
Правило буравчика состоит в следующем: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения буравчика совпадает с направлением магнитных силовых линий.
20. Магнитное поле катушки с током. Магнитное поле земли. Действие магнитного поля на проводник с током. Правило левой руки.
Наибольший практический интерес представляет собой магнитное поле катушки с током . Когда в катушке есть ток, железные опилки притягиваются к ее концам, при отключении тока они отпадают.
Если катушку с током подвесить на тонких и гибких проводниках, то она установится так же, как магнитная стрелка компаса. Один конец катушки будет обращен к северу, другой - к югу. Значит, катушка с током, как и магнитная стрелка , имеет два полюса -северный июжный .
Вокруг катушки с током имеется магнитное поле . Его, как и поле прямого тока, можно обнаружить при помощи опилок. Магнитные линии магнитного поля катушки с током являются также замкнутыми кривыми. Принято считать, что вне катушки они направлены от северного полюса катушки к южному.
Катушки с током широко используют в технике в качестве магнитов. Они удобны тем, что их магнитное действие можно изменять (усиливать или ослаблять) в широких пределах. Рассмотрим способы, при помощи которых можно это делать.
Из опытов следует:
- магнитное действие катушки с током тем сильнее, чем больше число витков в ней .
- при увеличении силы тока действие магнитного поля катушки с током усиливается, при уменьшении - ослабляется.
Оказывается также, что магнитное действие катушки с током можно значительно усилить, не меняя число ее витков и силу тока в ней. Для этого надо ввести внутрь катушки железный стержень (сердечник). Железо, введенное внутрь катушки, усиливает магнитное действие катушки.
Катушка с железным сердечником внутри называется электромагнитом .
Графически магнитное поле Земли похоже на магнитное поле постоянного магнита.
Основная причина наличия магнитного поля Земли в том, что ядро Земли состоит из раскаленного железа (хорошего проводника электрических токов, возникающих внутри Земли). Магнитное поле Земли образует магнитосферу, простирающуюся на 70-80 тыс. км в направление Солнца. Она экранирует поверхность Земли, защищает от вредного влияния заряженных частиц, высоких энергий и космических лучей, определяет характер погоды.
Внутри кинескопа магнитное поле оказывает действие на поток электронов, движущихся в вакууме. Если электроны будут двигаться не в вакууме, а внутри проводника, создавая внутри его ток, то действие магнитного поля сохранится. Магнитноеполе будет действовать на электроны, а те - на ионы проводника, внутри которого они движутся. В результате этого появится сила, приложенная ко всему проводнику с током. Убедимся в этом на опыте. Соберем электрическую цепь, изображенную на рисунке 66, а. Замкнув цепь, мы увидим, как проводник AВ, подвешенный между полюсами магнита, придет в движение и установится в положении, изображенном на рисунке 66, б. Причиной смещения проводника является действие, оказываемое на него магнитным полем постоянного магнита.
Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера.
Французский физик А. М. Ампербыл первым, кто обнаружил действие магнитного поля на проводник с током. Правда, источником магнитного поля в его опытах был не магнит, а другой проводник с током. Помещая проводники с током рядом друг с другом, он обнаружил магнитное взаимодействие токов (рис. 67) - притяжение параллельных токов и отталкивание антипараллельных (т. е. текущих в противоположных направлениях). В опытах Ампера магнитное поле первого проводника действовало на второй проводник, а магнитное поле второго проводника - на первый. В случае параллельных токов силы Ампера оказывались направленными навстречу друг другу и проводники притягивались; в случае антипараллельных токов силы Ампера изменяли свое направление и проводники отталкивались друг от друга.
Направление силы Ампера можно определить с помощью правила левой руки: если расположить левую ладонь руки так, чтобы четыре вытянутых пальца указывали направление тока в проводнике, а силовые линии магнитного поля входили в ладонь, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник с током (рис. 68).
Эта сила (сила Ампера) всегда перпендикулярна проводнику, а также силовым линиям магнитного поля, в котором этот проводник находится. Сила Ампера действует не при любой ориентации проводника. Если проводник с током расположить вдоль силовых линий магнитного поля, то это поле никакого действия на него не окажет.
Цели урока: Изучение особенностей магнитного поля катушки с током, способов усиления этого поля, знакомство с устройством, принципом работы и применением электромагнитов. Развитие навыка выполнять практические задания. Развитие физического мышления, умения решеть проблемные ситкации и способности анализировать их на основе опытных фактов. Привитие интереса к предмету через знакомство с историей открытий в области физики.
Тип: комбинированный урок
Метод: проблемное обучение.
Оборудование для фронтального эксперимента: источник питания, соединительные провода, ключ, реостат, круговой проводник (виток), полосовой магнит, компас (один комплект на каждый стол).
Демонстрации:
Ход урока
Организационный момент.
Ребята! Сегодняшний урок я хочу начать латинским афоризмом: «Талант видит способ решать известные задачи, гений решает задачи, которые не видят его современники». Сегодня мы будем учиться быть талантливыми, а кто-то может быть проявит и гениальность.На прошлоых уроках мы начали изучать новую форму материи – магнитное поле.
Сегодня мы продолжим наше мысленное путешествие на «машине времени» назад в прошлое, в то время, когда только начали изучать взаимосвязь электрических и магнитных явлений, т.е. в 19 век. Сегодня каждый из вас продолжит открытие новых тайн и загадок магнитного поля и мы вместе попробуем в них разобраться.
Но вначале проверим, как вы поняли материал прошлого урока – проведем физический диктант.У вас на столах лежат карточки. Вам нужно закончить предложения:
А теперь внимание! На столе стоит черный ящик. Скажите, пожалуйста, как обнаружить, имеется ли в черном ящике магнитное поле?
Учащиеся предлагают варианты ответов.
Действительно это можно сделать двумя способами (демонстрация№1) : либо поднося к ящику магнитную стрелку (стрелка изменяет направление), либо поднося к ящику проводник с током,(в данном случае используется круговой проводник с током), который,как мы видим либо притягивается либо отталкивается. Возникает вопрос – а почему катушка с током притягивается или отталкивается? Сегодня как раз объектом нашего внимания и будет круговой проводник с током (или катушка с током, или соленоид) Такой круговой ток очень часто используется в технике, это важная деталь многих электротехнических устройств, например, подъемного устройства (рисунок 1, рисунок 2)
Рисунок 1
Рисунок 2
Итак на столе на тонких проволоках подвешена катушка, связаная с источником тока, рядом с ней на подставке полосовой магнит (демонстрация №2) Что будет происходить с катушкой, если пропустить по ней электрический ток?
Учащихся выдвигают гипотезы.
Давайте проверим эти гипотезы вместе. У вас на столах стоит лабораторное оборудование, соберите, пожалуйста, электрическую цепь, соединив последовательно источник тока, ключ, реостат и катушку. Кроме этого у вас есть полосовой магнит. Вы можете поэкспериментировать и посмотреть, как будет вести себя катушка до замыкания цепи и после замыкания цепи, поднося к катушке магнит, а затем магнитную стрелку.
Учащиеся выполняют фронтальный эксперимент , а затем вместе с учителем обсуждают его результаты.Учитель задает наводящие вопросы:
– Что вы наблюдали?
– Как вы думаете, почему иногда катушка притягивается к магниту, а иногда отталкивается?
– От чего это зависит?
– Какие выводы можно сделать?
Результаты совместного обсуждения оформляются в тетради в виде следующих выводов:
1. вокруг катушки с током есть магнитное поле (рисунок 4);
Рисунок 4
2. катушка с током (соленоид) похожа на полосовой магнит и у нее есть тоже два полюса – северный и южный (рисунок 3).
Рисунок 3
Впервые обнаружил этот удивительный факт Мари Андре Ампер еще в 1820 году. Опытным путем он установил, что две катушки с током притягиваются или отталкиваются подобно двум постоянным магнитам. Давайте посмотрим этот опыт – демонстрация №3 . Вы видите, что взамодействие есть, но достаточно слабое.
Подумайте, какими способами можно усилить магнитное поле катушки с током?
Попробуйте определить это опытным путем, замкнув собранную у вас на столах цепь и наблюдая изменение взаимодействия катушки и полосового магнита при разных положениях ползунка реостата, а также при введении внутрь катушки металлического сердечника.
Аналогичный опыт демонстрирует учитель (демонстрация №4)
(Сначала сопротивление реостата велико, затем мы его уменьшаем, а затем вставляем сердечник.)
Опытным путем было установлено, что магнитное поле катушки можно усилить тремя способами:
Катушка с сердечником называется электромагнитом , применение электромагнитов разнообразно:электромагнитный телеграф,электромагнитное реле (рисунок 5), электрический звонок (рисунок 6), наушники (рисунок 7), динамик (громкоговоритель) (рисунок 8) и т.д. Они входят в состав многих электротехнических схем. Всякий электромагнит состоит из следующих частей (рисунок 9): обмотка 1, по которой протекает ток, стальной магнитопровод 2, представляющий собой сердечник, и якорь 3, который притягивается к сердечнику.
Рисунок 5
Рисунок 6
Рисунок 7
Рисунок 8
Рисунок 9
Кто и когда изготовил первый электромагнит?
1 ученик: История создания электромагнита . (рисунок 10)
Рисунок 10
Уильям Стерджен родился в семье сапожника, с детства он выполнял очень тяжелую работу в мастерской и часто голодал. В 19 лет он сбежал в воинскую часть и дослужился до артиллериста,там он много читал и ставил физические и химические опыты.Однажды налетел страшный ураган, сопровождающийся молнией и громом.Этот уруган произвел на Уильяма огромное впечатление и привлек его внимание к электричеству. Он стал читать книги по естествознанию, но с горечью понял,что знаний ему не хватает и он усиленно стал изучать науки с самых азов: чтение,письмо, грамматику, языки, математику, оптику и естествознание. После увольнения из армии он купил себе токарный станок и занялся изготовлением физических приборов и даже преуспел в этом так, что был назначен лектором в Военную академию. Идея об использовании подковообразного магнита захватила его еще в 1823 году. Он установил, что магнитное поле соленоида значительно усиливается, если внутрь его внести стальной сердечник, и вот 23 мая 1825 года на заседании Французского общества исскуств он, Уильям Стерджен, сын бедного сапожника, впервые продемонстрировал первый электромагнит. (рисунок 11)
Рисунок 11
Ои представлял собой согнутый в подкову лакированный железный стержень длиной 30 и диаметром 1,3 см, покрытый сверху одним слоем изолированной медной проволоки. Электроэнергией он снабжался от гальванической батареи (вольтова столба). Электромагнит удерживал на весу 3600 г и значительно превосходил по силе природные магниты такой же массы. Это было блестящее по тем временам достижение.
Многие ученые того времени занялись усовершенствованием электромагнита, увеличением его подъемной силы. В 1828 г. американский ученый Джозеф Генри (рисунок 12) применил в электромагните многослойную обмотку из изолированной проволоки и тем самым создал электромагнит значительной силы (рисунок 13). Он построил электромагнит массой около 300 кг, поднимавший около 1 т. Да и сам Стерджен работал над усовершенствованием электромагнита. По его заказу в 1840 г. был выполнен электромагнит, способный поднять уже 550 кг! Сейчас трудно себе представить, насколько тяжело было тогда создавать электромагниты. Ведь даже закон Ома инженерам в то время не был известен. Стерджен умер в 1850 году, так и не получив в награду за свое великое изобретение ни богатства,ни славы. На его могильной плите выбито «Здесь лежит изобретатель электромагнита…»
Рисунок 12
Рисунок 13
2 ученик : Одно из самых первых и важных применений электромагнита – это телеграфная связь. Людям с древних времен нужна была связь.Но еще в начале 19 века связь была очень примитивная: телеграфист на башне с помощью подзорной трубы принимал сигнал, передаваемый с другой вышки, расположенной на расстоянии пятнадцати миль от первой. Получив сигнал, телеграфист спускался вниз, переводил ручки семафора и усердно передавал сообщение на следующую вышку. До середины 19 века главным средством общения между Америкой и Европой, между Европой и колониями оставалась пароходная почта. О событиях и просшествиях в других странах люди узнавали с опозданием на целые недели, а то и месяцы. В 1831 году Джозефом Генри была сделана одна из первых попыток в реализации идеи связи с помощью электромагнитного телеграфа в приемной части которого использовалась простейшая конструкция электрозвонка (рисунок 14). Электрозвонок состоял из настольного колокольчика и насаженного на вертикально закрепленную иглу стального прутка длиной 250 мм. Первый электрический звонок питался от источника постоянного тока и представлял обычный электромагнит, к которому притягивался молоточек ударявший по колокольчику, когда нажимали на кнопку. (демонстрация №5).
Рисунок 14
3 ученик : наиболее удобную систему электромагнитного телеграфа создал американец Самюэль Морзе. (рисунок 15). Он был художником-портретистом, но доходы от рисования портретов были очень невелики,а ему надо было кормить жену и троих детей.Для того чтобы хорошо заработать, Морзе пришла в голову мысль написать картину, которая заинтересовала бы Америку, никогда не видевшую «Мону Лизу», «Тайную вечерю» и другие шедевры мирового искусства. В 1829 году он отправился в Европу и написал там картину «Лувр», на заднем плане которой изобразил столько шедевров, сколько могло вместить полотно. В 1832 году Морзе, преисполненный надежд, упаковал холсты и направился обратно в Америку. Он взошел на борт пакетбота «Сэлли» художником, а вышел на берег изобретателем. Как это получилось? На борту зашел разговор о европейских опытах по электромагнетизму. «Извлечение искр из магнита» было одним из чудес того времени. Морзе тут же высказал предположение, что сочетание искр может быть использовано как код для передачи сообщений по проводам . Эта идея захватила его очень сильно, несмотря на то, что ему были почти неизвестны даже самые основные законы электричества (в юности он всего лишь один раз слушал лекцию по электричеству) Морзе твердо верил, что человек может добиться чего угодно, стоит только крепко взяться за дело. За время месячного плавания до берегов Америки Морзе набросал несколько предварительных чертежей. Следующие три года он потратил на безуспешные попытки построить по ним аппарат. В его распоряжении было несколько гальванических батарей, железных стержней и проволока. Он соединил их по схеме, которую сам начертил, и замкнул цепь. Никакого результата! Он сделал несколько переключений. Снова ничего! Много дней он безрезультатно бился над установкой. Наконец, отчаявшись, он обратился за помощью к коллеге с химического факультета Леонарду Гейлу. Гейл взглянул на беспомощную конструкцию Морзе и сжалился над ним. Он показал Морзе, что надо сделать изоляцию провода, показал, как производится намотка и как включать батарею в такую цепь. И тогда, наконец, аппарат Морзе подал признаки жизни. Ранние проекты телеграфа Морзе были весьма наивны и чрезвычайно сложны. Поздние модели телеграфа снабжались сигнальным ключом, при помощи которого замыкалась и размыкалась цепь.
Рисунок 15
4 ученик : в сентябре 1837 года Морзе успешно продемонстрировал свое изобретение в Нью-йоркском университете. Сигнал был послан по проволоке длиной 1700 футов. Но для создания телеграфной установки, способной передавать сигнал на далекие расстояния, нужны были деньги. Американское правительство отказалось субсидировать создание телеграфной связи вдоль Атлантического побережья и Морзе отправился в Европу. В Англии Морзе сказали, что Уитстон уже изобрел электромагнитный телеграф, в чем он может убедиться, заглянув в ближайшую почтовую контору (рисунок 16).
Рисунок 16
В России Морзе узнал, что барон Шиллинг, русский посол в Австрии, изобрел электромагнитный телеграф еще в 1825 году (рисунок 17), но сама идея мгновенного сообщения между людьми в дальних концах страны показалась русскому царю настолько крамольной, что он запретил даже упоминать об этом изобретении в печати. Ни одна из разных систем телеграфа не была такой простой и удачной, как аппарат Морзе. Поэтому изобретатель не оставлял надежды, хотя его положение никогда не было столь отчаянным. Морзе в конце концов поехал в Принстон посоветоваться с профессором Джозефом Генри.
Рисунок 17
Реле, изобретенное Генри шесть лет назад, могло разрешить проблему, перед которой стоял Морзе. Генри подсказал Морзе, что цепь передатчика должна соединяться с приемным устройством не непосредственно, а через многочисленную гирлянду электрических цепей. В каждой цепи был свой источник тока и реле. Генри объяснил Морзе, что такая цепочная система может передавать электрические сигналы на тысячи миль, и на конце «гирлянды» сила импульса будет равна интенсивности переданного сигнала.
5 ученик : Морзе вернулся в Нью-Йорк и переделал свой аппарат в соответствии с наставлениями Генри. В 1843 году Морзе обратился снова к американскому правительству за субсидией. Когда билль о субсидии, наконец, был представлен на рассмотрение палаты представителей, депутаты отнеслись к нему как к забавной шутке, но все-таки выделили деньги. Морзе и его компаньоны решили сделать подземную линию, поместив сложное устройство в свинцовой трубе, затратили на это огромную сумму, а потом оказалось, что подрядичики уложили провода без изоляции и линия была парализована множеством коротких замыканий. Морзе был в отчаянии.Но и тут ему на выручку опять пришел Джозеф Генри и вся линия была подвешена на деревьях и столбах, причем в качестве изоляторов применялись горлышки бутылок. И вот наступил знаменательный день 24 мая 1844 года. Морзе установил свой аппарат в зале Верховного суда в Капитолии.Там собралась толпа правительственных чиновников, судей и конгрессменов и все наблюдали, как информация из Балтимора практически мгновенно оказывается в Вашинготоне. К 1850 году Морзе со своими партнерами создал «Магнетик телеграф»-компанию для прокладки линии между Нью-Йорком и Филадельфией. Это была победа – телеграф Морзе работал и передавал информацию на огромные расстояния. Именно Морзе удалось спроектировать и создать аппарат, который применялся на телеграфных линиях всех стран почти 100 лет (рисунок 18).
Рисунок 18
6 ученик : Кроме того Морзе разработал знаменитую азбуку,в которой все буквы алфавита представлялись комбинацией точек и тире, названную его именем и ставшую основным кодом телеграфирования. Как работал аппарат Морзе? С передающего аппарата с помощью «ключа Морзе» замыканием электрической цепи в линии связи формировались короткие или длинные электрические сигналы, соответствующие точкам или тире азбуки Морзе. На приемном телеграфном аппарате на время прохождения сигнала (электрического тока) электромагнит притягивал якорь, с которым было жестко связано колесико,окунаемое в чернила. Колесо оставляло черный след на бумажной ленте, протягиваемой с помощью пружинного механизма. Этот вид связи использовался до начала 20 века, до той поры, пока не получила распространение радиосвязь. А началось все с изобретения электромагнита!
Закрепление
Итак, ребята, наш урок подходит к концу. Давайте проверим, кто из вас стал настоящим исследователем. Весь класс делится на щесть групп. Каждой группе дается один вопрос для обсуждения. Вопросы:
После обсуждения в группах один из учащихся от каждой группы дает ответ на вопрос.
Домашнее задание . Параграф 58,учебник «Физика-8», автор Перышкин А.В., упр.28, задание 9, сделать сообщение или презентацию на тему: «Устройство и применение электромагнитов».
Ребята! Сегодня мы с Вами хорошо потрудились. Китайская пословица гласит:
«Человек может стать умным тремя путями: путем подражания – это самый легкий путь, путем опыта – это самый трудный путь, и путем размышления – это самый благородный путь». Сегодня мы вместе попробовали идти различнымими путями к намеченной цели и, я надеюсь,каждый из вас ощутил на этом пути интерес к познанию нового. Спасибо всем за внимание и работу.
1217. На столе перемешались железные и деревянные опилки. Можно ли их отделить друг от друга?
Можно, при помощи магнита.
1218. В мастерской рассыпались вперемежку железные и латунные мелкие стружки. Как отделить их друг от друга?
Можно, при помощи магнита. Латунь притягивать не будет.
1219. Если к компасу поднести кусок железа, изменится ли при этом направление стрелки?
Изменятся. Стрелка будет примагничиваться к железу.
1220. В некоторых местностях стрелка компаса отклоняется от направления на север. Одно из таких мест в нашей стране находится вблизи города Курска (Курская магнитная аномалия). Чем вызвано такое поведение стрелки?
Стрелка компаса будет взаимодействовать с большими залежами железной руды расположенными на небольшой глубине.
1221. К северному полюсу магнитной стрелки поднесли железный предмет, и стрелка отклонилась от железа. Почему?
Стрелка займет такое положение, при котором большая часть силовых линий будет проходить через кусок железа.
1222. Почему корпус компаса никогда не делают из железа?
Чтобы стрелка взаимодействовала только с магнитным полем Земли, а не с корпусом.
1223. Намагнитьте стальную спицу (или лезвие безопасной бритвы). Испытайте вашим компасом, намагнитилась ли спица. Потом сильно накалите ее в пламени в течение 2-3 минут. Дайте остыть и вновь испытайте компасом. О результатах опыта напишите краткий отчет.
При поднесении намагниченной спицы, стрелка компаса будет отклоняться на одном конце и притягиваться на другом. При нагревании спица размагнитится.
1224. Почему при ударе магнит размагничивается?
При ударе может нарушиться положение доменов которые в магните расположены сонаправленно.
1225. Направление силовой линии магнита указано стрелкой (рис. 135). Определите полюса магнита.
Силовая линия выходит из северного полюса магнита и заходит в южный.
1226. Одна из двух совершенно одинаковых по внешнему виду стальных палочек намагничена. Как узнать, какая из этих палочек намагничена, не имея под рукой никаких других предметов, кроме этих палочек?
Нужно одним концом палочки прикоснуться к середине другой. Намагниченная палочка будет притягивать ненамагниченную.
1227. К северному полюсу магнитной стрелки поднесли кусок железа, вследствие чего стрелка отклонилась от куска железа. Как объяснить данное явление?
См. 1221
1228. Можно ли при помощи магнитной стрелки выяснить, намагничен ли стальной стерженек?
Можно. Одноименные полюса (стрелки и стерженька) должны отталкиваться, разноименные – притягиваться.
1229. Можно ли намагнитить стальную полоску так, чтобы оба ее конца имли одинаковые полюса?
Нет. Любой магнит должен иметь два разных полюса.
1230. Существуют ли магниты с одним полюсом?
Нет, не существуют.
1231. Железные опилки, притянувшись к полюсу магнита, образуют гроздья, отталкивающиеся друг от друга. Объясните это явление.
Попадая в магнитное поле, опилки намагничиваются и одноименными полюсами отталкиваются друг от друга.
1232. Тонкие железные пластинки, висящие на нитях рядом, отталкиваются друг от друга, если к ним поднести магнит (рис. 136). Почему?
Попадая в магнитное поле пластинки намагничиваются и одноименными полюсами отталкиваются друг от друга.
1233. Е шляпке железного винта, не касаясь его, приблизили южный полюс магнита. Какой полюс появился у заостренного конца винта?
Южный полюс.
1234. Деталь покрыта слоем краски. Можно ли при помощи магнитной стрелки определить, железная она или нет?
Если стрелка будет отклоняться, значит деталь железная.
1235. Намагниченный прут разломали на несколько частей. Какие из полученных кусков окажутся намагниченными сильнее – находившиеся ближе к середине прута или к концам?
Все части прута будут намагничены одинаково.
1236. Большое количество стальных гвоздиков можно намагнитить одним и тем же магнитом. За счет какой энергии происходит намагничиваение этих гвоздиков?
За счет энергии магнитного поля.
1237. Как определить, где север и где юг, пользуясь магнитом?
Если магнит – тоненькая неметаллическая полоска – можно использовать ее как компас.
1238. Какой магнитный полюс находится в Южном полушарии Земли?
Северный.
1239. Почему рельсы, долгое время лежащие в штабелях, оказываются намагниченными?
Рельсы намагничиваются под действием магнитного поля Земли.
1240. Существует ли место на Земле, где стрелка компаса концами показывает на юг?
Северный полюс.
1241. Если на магните не указаны названия полюсов, можно ли определить, какой из полюсов магнита южный, а какой северный? Если да, то как это сделать?
Можно с помощью компаса или магнита с известной полярностью. Одноименные полюса будут отталкиваться, разноименные – притягиваться.
1242. Как расположиться магнитная стрелка в магнитном поле магнита?
Вдоль силовых линий магнитного поля. Своим южным к северному полюсу магнита и наоборот северным к южному.
1243*. Между полюсами магнита поместили железное кольцо (рис. 137). Нарисуйте, как будут направлены силовые магнитные линии.
1244. Оказавшись вблизи сильного магнита, механические часы начинают идти неправильно и иногда только через несколько дней они вновь восстанавливают правильный ход. Как можно объяснить это явление?
1245. Магнитная стрелка расположена под проводом с током. Ток идет с севера на юг. В каком направлении отклонится северный полюс стрелки?
1246. Провод с током расположен над магнитной стрелкой (рис. 138). В какую сторону отклонится северный конец в момент замыкания ключа в цепи?
1247. Магнитная стрелка расположена под проводом с током (рис. 139). После замыкания ключа в цепи магнитная стрелка отклонилась от начального положения (изображенного на рисунке пунктиром) так, как показано на рисунке. Определите полюсы источника тока.
А – «+», В – «-»
1248.
1252. На рисунке 144 изображены круговые токи. Стрелки показывают направление тока. Определите направление магнитных силовых линий для случаев а и б.
1253. Замкнутый контур с током проявляет свойства постоянного магнита. Какому полюсу соответствует контур с током, изображенный на рисунке 144, а? на рисунке 144, б?
а-северного
б-южного
1255. Две катушки, по которым идет ток, висят рядом на тонких металлических нитях. Катушки притягиваются друг к другу. О чем это говорит?
Ток в катушках идет в разных направлениях.
1256.
1257. На рисунке 147 изображена катушка соленоида. Нарисуйте силовые линии магнитного поля такой катушки.
