Właściwości magnetyczne przewodnika z prądem

Playlista:Magnetyzm

Ten materiał posiada napisy w języku ukraińskim


Ten materiał posiada napisy w języku ukraińskim


Facebook YouTube

Z tego filmu dowiesz się:

  • jak przewodniki, w których płynie prąd, oddziałują ze sobą i z magnesami trwałymi,
  • na czym polegało doświadczenie Ørsteda i jakie płyną z niego wnioski.

Podstawa programowa

Autorzy i materiały

Wiedza niezbędna do zrozumienia tematu

Aby w pełni zrozumieć materiał zawarty w tej playliście, upewnij się, że masz opanowane poniższe zagadnienia.

Udostępnianie w zewnętrznych narzędziach

Korzystając z poniższych funkcjonalności możesz dodać ten zasób do swoich narzędzi.

Kliknij w ikonkę, aby udostępnić ten zasób

Kliknij w ikonkę, aby skopiować link do tego zasobu

Transkrypcja

Kliknij na zdanie, aby przewinąć wideo do tego miejsca.
Igła kompasu powinna w miarę precyzyjnie pokazywać północny biegun Ziemi ale jej wskazania bywają zawodne. Najprostszym zakłócaczem jest znajdujący się w pobliżu kompasu obiekt wytwarzający pole magnetyczne na przykład inny magnes lub obiekt który może stać się magnesem. Dlatego posługiwanie się kompasem na terenach miast pełnych stalowych konstrukcji jest praktycznie niemożliwe. Na igłę magnetyczną wpływ mają także przewody elektryczne pod napięciem. W tych, które widzimy na słupach płynie prąd przemienny. Nie mają więc na wskazania igły bezpośredniego wpływu. Prąd stały, czyli taki z baterii, czy akumulatorów może natomiast całkowicie zakłamać taki pomiar. Dlaczego? Tego dowiesz się z tej lekcji. Przewody, w których płynie prąd stały powodują zakłócenia pola magnetycznego Ziemi i sprawdzanie kierunków geograficznych w ich pobliżu może być obarczone bardzo dużym błędem. Zastanówmy się, dlaczego tak się dzieje. W tym celu przeprowadzimy doświadczenie. Potrzebne nam będą: kompas, bateria i przewód elektryczny. Przyda się kawałek drutu który będzie łatwiej modelować niż izolowany przewód. Budujemy obwód, tworząc bramkę z drutu tak by jej końce były skierowane na północ i na południe. Kiedy wsuniemy pod nią kompas jego igła odchyli się prostopadle do przewodu. Spróbujmy teraz podłączyć odwrotnie źródło prądu do drutu czyli zmienić w nim kierunek przepływu prądu. Teraz także obserwujemy odchylenie igły kompasu pod kątem prostym do przewodnika jednak jej bieguny są ułożone odwrotnie. Poeksperymentujmy jeszcze trochę. Ustawmy przewód w pionie a wokół niego kompasy. Widzimy, że igły ustawiają się prostopadłe do przewodu podążając wzdłuż niewidzialnego dla nas okręgu. W lekcji o magnesach pokazywaliśmy linie pola magnetycznego. Okazuje się, że przewodnik w którym płynie prąd także wytwarza wokół siebie pole magnetyczne a igła kompasu ustawia się zgodnie z jego liniami. Działanie tego pola możemy zobaczyć jeszcze wyraźniej wykorzystując opiłki żelaza. Po wysypaniu opiłków wyraźnie widzimy że układają się one wzdłuż linii pola. Linie te mają kształt okręgów o wspólnym środku, którym jest przewód. Teraz możemy sobie wyjaśnić dlaczego przewód z prądem zakłóca pole magnetyczne Ziemi. Dlatego, że wytwarza własne. Jeśli namagnesowany przedmiot na przykład igła kompasu znajdzie się dostatecznie blisko takiego przewodnika to jego oddziaływanie będzie o wiele silniejsze niż oddziaływanie pola magnetycznego Ziemi. Czujne oko i ucho zauważy jednak że została nam do omówienia jeszcze jedna kwestia. Zwrot igły magnetycznej w polu przewodnika. Dlaczego odchyla się ona raz w jedną raz w drugą stronę? Igła jest w swym postępowaniu stała. Cały czas podąża za liniami pola wymuszonymi kierunkiem przepływu prądu. Tyle, że my zmieniamy ten kierunek. Do wyznaczenia położenia biegunów igły kompasu w polu magnetycznym przewodnika przyda nam się prawa dłoń. Gdy ułożymy dłoń tak, by kciuk wskazywał kierunek przepływu prądu a pamiętamy, że prąd płynie od plusa do minusa to zgięte palce wskażą nam północny biegun igły magnetycznej ustawionej w tym polu. Zobaczmy zastosowanie tej metody w sytuacjach z naszych doświadczeń. Ustawiamy kciuk tak aby wskazywał on kierunek prądu a wtedy pozostałe palce podążą za liniami pola. Ich końce wskazują w każdej sytuacji biegun północny igieł kompasów. A co się stanie, kiedy równolegle obok siebie ułożymy dwa przewody przez które płynie prąd? Aby to lepiej zrozumieć na naszych liniach pola umieściliśmy mini kompasy. Jeśli prąd w obu przewodnikach będzie płynął w przeciwnym kierunku to igły magnesów ułożone obok siebie pomiędzy przewodnikami zaczną wskazywać ten sam kierunek a przewody się od siebie oddalą. Dlaczego? Północ z północą, południe z południem. W takim układzie magnesy się odpychają. Dlatego te dwa przewodniki również będą się odpychać. Inaczej będzie gdy kierunki przepływu prądu będą takie same. Wtedy nasze igły obrazujące pole ułożą się przeciwnie. Północ z południem, południe z północą. Takie ułożenie pola sprawi że przewody zaczną się przyciągać. Zaobserwujemy, że zbliżają się do siebie. Wiemy już Jak wygląda pole magnetyczne wokół prostego przewodnika z prądem. Z praktycznego punktu widzenia ma jedną wadę. Nie możemy jednoznacznie wskazać jego biegunów. Przewodnik nie będzie więc zachowywał się jak magnes trwały. Jest jednak sposób, żeby z przewodnika taki magnes stworzyć. Zobaczmy to w doświadczeniu. Potrzebny nam będzie długi i cienki drut miedziany izolowane przewody źródło prądu, na przykład bateria oraz magnes neodymowy. Z tych elementów tworzymy konstrukcję taką jak na rysunku. Pętlę z drutu podłączamy do źródła prądu. Przesuwamy do niej magnes neodymowy. Co widzimy? Jeden biegun magnesu przyciąga się z pętlą a drugi odpycha. Co to oznacza? Że nasza pętla z drutu zachowuje się jak magnes. Dlaczego? Okazuje się, że kiedy zaczniemy przewodnik zwijać linie pola magnetycznego zaczną się nakładać tworząc z jednej strony ramki biegun północny a z drugiej południowy. Pole magnetyczne wokół zwojnicy wygląda jak pole magnetyczne magnesu sztabkowego. Aby ustalić, gdzie znajduje się który biegun znów użyjemy prawej dłoni. Tu łapanie przewodu jest mało wygodne bo musielibyśmy paluchy wepchnąć do środka zwojnicy lub to sobie przynajmniej wyobrazić pamiętając, by kciuk cały czas wskazywał kierunek przepływu prądu. Fizycy wymyślili jednak wygodniejszy sposób. Wystarczy zamienić palce rolami. Pomyśl, że chwytasz zwojnicę tak by to pozostałe palce wskazywały kierunek przepływu prądu. Teraz to kciuk pokazuje biegun N pola magnetycznego. Jest jeszcze inny sposób pozwalający określić kierunek prądu w zwojnicy. Jeśli weźmiemy litery symbolizujące bieguny magnetyczne N i S i na ich końcach narysujemy strzałki to pokażą nam one kierunek przepływu prądu w zwojnicy czyli w takim przypadku kiedy patrząc na zwojnicę od jednego jej końca prąd płynie zgodnie z ruchem wskazówek zegara kierunek ten pokrywa się ze strzałkami w literze S co oznacza, że po tej stronie zwojnicy jest właśnie biegun S, a po drugiej N. I odwrotnie. Jeśli kierunek przepływu prądu będzie przeciwny do ruchu wskazówek zegara patrzymy na biegun N zwojnicy. Przewodniki, przez które płynie prąd wytwarzają pole magnetyczne. Jeśli w dwóch przewodnikach prąd płynie w tym samym kierunku to one się przyciągają a jeśli w przeciwnym to odpychają. Przewodnik kołowy, przez który płynie prąd wytwarza pole które ma bieguny magnetyczne podobnie jak magnes trwały. Umiejscowienie biegunów zależy od kierunku przepływu prądu i możemy je wyznaczyć za pomocą prawej dłoni. Wiesz już jakie właściwości magnetyczne ma zwojnica, przez którą płynie prąd. Ale to nie wszystko, na co ją stać. Chcesz się dowiedzieć więcej? Obejrzyj inne filmy z tej playlisty.

Ćwiczenia

Interaktywne ćwiczenia związane z tą wideolekcją.

Materiały dodatkowe

Inne zasoby do wykorzystania podczas zajęć z tego tematu.

Lista wszystkich autorów


Lektor: Dobrawa Szlachcikowska

Konsultacja: Anna Soliwocka

Grafika podsumowania: Patrycja Ostrowska

Materiały: Dobrawa Szlachcikowska

Kontrola jakości: Małgorzata Załoga

Opracowanie dźwięku: Aleksander Margasiński


Produkcja

Katalyst Education

Lista materiałów wykorzystanych w filmie


cottonbro (Licencja Pexels)
cottonbro (Licencja Pexels)
Alex Kuimov (Licencja Pixabay)
Bro Joey (Licencja Pexels)
Vimeo-Free-Videos (Licencja Pixabay)
Łukasz Klepaczewski (Licencja Pixabay)
Qwsxza123890 (CC BY-SA 4.0)
Thomas Wydra (CC0)
Videvo (Licencja Videvo)
Pixabay (Licencja Pexels)
NASA (Domena publiczna)
Gustavo Belemmi (Licencja Pixabay)
SVGguru (CC BY-SA 4.0)
Engineering Technology Simulation Learning Videos (CC BY)
cg-physics-global (CC BY)
Arnold Reinhold (CC BY-SA 3.0)
Freepik (Licencja Flaticon)
Katalyst Education (CC BY)