Наблюдение действия магнитного поля на ток: Наблюдение действия магнитного поля на ток

Наблюдение действия магнитного поля на ток

Лабораторная работа №1

Тема: Наблюдение действия магнитного поля на ток

Оборудование: проволочный моток, штатив, источник постоянного тока, реостат, ключ, соединительные провода, дугообразный магнит. Подготовка к проведению работы.

Подвесьте проволочный моток к штативу, подсоедините его к источнику тока последовательно с реостатом и ключом. Предварительно ключ должен быть разомкнут, движок реостата установлен на максимальное сопротивление.

Ход работы:

1.   Поднес к висящему мотку магнит и, замыкая ключ, пронаблюдал движение мотка.

2.   Выбрал несколько характерных вариантов относительного расположения мотка и магнита и зарисовал их, указав направления магнитного поля, направление тока и предлагаемое движение мотка относительно магнита.

a)

При внесении магнита северным полюсом в контур катушка отталкивалась. Сила тока –против часовой стрелки Магнитное поле- к наблюдателю

  

 

 

 

b)

При внесении магнита южным полюсом в контур катушка притягивалась. Сила тока –против часовой стрелки Магнитное поле- к наблюдателю

 

c) После замены направления тока в цепи

При внесении магнита северным полюсом в контур катушка притягивалась. Сила тока –по часовой стрелке Магнитное поле- от наблюдателя

 

d)

При внесении магнита северным полюсом в контур катушка отталкивалась. Сила тока –по часовой стрелке Магнитное поле- от наблюдателя

 

 

3. Проверил на опыте правильность предложений о характере и направлении движения мотка.

Видео: https://youtu.be/al9wFmdOJ40

Вывод: В лабораторной работе №1 я рассмотрел взаимодействие соленоида с магнитом. Как известно, в соленоиде под током возникает магнитное поле, которое будет взаимодействовать с постоянным магнитом. Проведя 4 опята, заметил, их взаимодействие различное. По правилу буравчика (правой руки) определил направление магнитного поля мотка и экспериментально определил, что если магнит подносим одноименным полюсом, то маток отталкивается, а если разноименным- то притягивается.

Действие магнитного поля на проводник с током. Л.р.№1

 «Только кухарка прибавляет соли на глаз,

а физики должны все рассчитывать»

П. Л. Капица

В данной теме разговор пойдёт о том, какое же действие оказывает магнитное поле на проводник с током. В конце урока, для закрепления полученных знаний, будет проведена лабораторная работа по наблюдению действия магнитного поля на ток.

Магнитное поле — это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами. Магнитное поле

порождается электрическим током и обнаруживается по действию на электрический ток. Для количественного описания магнитного поля вводится физическая величина, называемая.

Магнитная индукция — это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля, численно равная максимальному вращающему моменту, действующему на контур с единичным магнитным моментом, и направленная вдоль положительной нормали к контуру.

Магнитное поле — это вихревое поле, т. е. линии индукции магнитного поля замкнуты. Замкнутость линий говорит нам о том, что

магнитных зарядов в природе не существует, источником магнитного поля являются движущиеся заряды и переменные электрические поля.

Опыты Ампера показали, что два проводника притягиваются или отталкиваются в зависимости от направления тока в них. Это объясняется тем, что сила, которую испытывает каждый из проводников, обусловлена магнитным полем, создаваемым током другого проводника.

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

Действительно, расположим проводник с током так, чтобы только один его прямолинейный участок оказался в сильном магнитном поле (например, между полюсами подковообразного магнита), а остальные части цепи находились в областях пространства, где магнитное поле слабое и его действием на эти части цепи можно пренебречь.

Как показывают многочисленные опыты, проводник может двигаться влево или вправо, вверх или вниз, в зависимости от направления тока и от расположения полюсов магнита. Но если проводник расположить вдоль направления магнитного поля, то никакие силы на него действовать не будут.

Закон, определяющий силу, действующую на отдельный небольшой участок проводника с током в магнитном поле, был установлен в 1820 году французским физиком Андре-Мари Ампером, поэтому эту силу называют

силой Ампера.

От чего зависит сила Ампера?

Возьмем свободно подвешенный горизонтальный проводник и поместим его в поле постоянного подковообразного магнита. Поле такого магнита в основном сосредоточено между его полюсами, поэтому магнитная сила действует только на часть проводника, расположенную непосредственно между полюсами.

Сила измеряется с помощью специальных весов, связанных с проводником двумя стержнями.

Она будет направлена горизонтально, перпендикулярно проводнику и линиям магнитной индукции.

Если увеличить силу тока в 2 раза, то можно заметить, что и действующая на проводник сила также увеличится в 2 раза. Если же добавить еще один такой же магнит, то в 2 раза увеличится размер области существующего магнитного поля,  и тем самым в 2 раза увеличится длина той части проводника, на которую это поле будет действовать. Сила при этом также увеличится в 2 раза.

Как и любая другая сила, сила Ампера будет зависеть от угла образованного вектором магнитной индукции с проводником.

Таким образом, максимальная сила, действующая на отрезок проводника с током, прямо пропорциональна произведению силы тока на длину участка проводника:

Этот опытный факт можно использовать для определения модуля вектора магнитной индукции. Действительно, поскольку сила прямо пропорциональна произведению силы тока и длины участка проводника, то их отношение не будет зависеть ни от силы тока в проводнике, ни от длины участка проводника, на которое действует магнитное поле. Именно поэтому это отношение можно принять за характеристику магнитного поля в том месте, где расположен участок проводника, на который это магнитное поле действует. Именно, к такому выводу пришли, независимо друг от друга, Андре-Мари Ампер и Доминик Франсуа Жан Араго в начале 19 века.

Таким образом, модуль вектора магнитной индукции определяется отношением максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на отрезок проводника с током, к произведению силы тока на длину этого отрезка.

Вектор магнитной индукции полностью характеризует магнитное поле. В каждой точке магнитного поля можно определить его направление и модуль.

Силу, действующую на проводник с током в магнитном поле, называют силой Ампера

.

Сила Ампера равна произведению модуля силы тока, модуля вектора магнитной индукции, длины отрезка проводника и синуса угла между направлениями вектора магнитной индукции и тока.

Это выражение еще называют законом Ампера. Им можно пользоваться только тогда, когда длина проводника такова, что индукция во всех точках проводника может считаться одинаковой, но если магнитное поле однородно, то длина проводника может быть любой, но при этом проводник целиком должен находиться в магнитном поле.

Направление силы Ампера

можно определить, пользуясь правилом  левой руки: руку располагают так, чтобы нормальная составляющая магнитной индукции входила в ладонь, четыре вытянутых пальца были направлены по току; тогда отогнутый на 90⁰ большой палец укажет направление действующей на проводник силы Ампера.

Силы, действующие на проводник с током в магнитном поле, широко используются в технике. Электродвигатели и генераторы, телефоны и микрофоны — во всех этих и множестве других приборах используется взаимодействие токов, токов и магнитов и т.д.

Разберемся с принципом работы громкоговорителя, который является одним из самых знаменитых изобретений ХХ века. Именно его появление (наряду с микрофоном) обеспечило возможность развития систем звукозаписи и звуковоспроизведения. В настоящее время громкоговорители относятся к самым массовым видам звуковой аппаратуры (по приблизительным подсчетам их промышленный выпуск достигает 500 млн. штук в год). От качества звучания громкоговорителей в значительной степени зависит качество звука в системах звукоусиления, радиовещания, телевидения, звукозаписи и домашнего воспроизведения. Именно поэтому исследованием физических процессов преобразования звука в громкоговорителях, созданием их математических моделей и алгоритмов, программных продуктов для их расчета и проектирования занимаются десятки университетов и научных центров, а производством — сотни крупнейших фирм.

Громкоговоритель — это прибор, который служит для возбуждения звуковых волн под действием переменного электрического тока, меняющегося со звуковой частотой. Иными словами, громкоговоритель применяется для преобразования электрических колебаний в звуковые.

История устройства, преобразующего энергию электрического сигнала в энергию звукового поля, началась в конце 19 века, задолго до появления усилителей мощности. В 1849 году на Кубе изобретатель итальянского происхождения Антонио Меуччи сконструировал, как он говорил, «Говорящий телеграф». Однако данное устройство он не смог запатентовать из-за достаточной бедности.

26 октября 1861 года преподаватель физики Фридрихсдорфского института Иоганн Филипп Рейс продемонстрировал самодельный аппарат, который назвал «музыкальным телефоном». Но его изобретение было недостаточно чувствительным: хорошо передавались лишь громкие звуки музыкальных инструментов, а вот человеческую речь было слышно плохо. Изобретением Рейса заинтересовались и знаменитый Томас Эдисон, и тогда еще малоизвестный Александр Белл.

В 1874 году немецкий инженер Эрнст Вернер фон Сименс, основатель компании Siemens, описал магнитоэлектрический аппарат, в котором круглая катушка с намотанной проволокой располагается в радиальном магнитном поле со специальной поддержкой для обеспечения возможности вертикального смещения. Он указал тогда, что этот двигательный механизм может использоваться для получения звука, но не продемонстрировал это на практике.

В 1876 году американский ученый Александр Белл запатентовал телефон и продемонстрировал его звучание с использованием преобразователя очень похожего типа.

Когда, в 1876 г. американские газеты сообщили об изобретении телефона Александром Беллом, Меуччи заподозрил, что у него просто украли идею, и подал в суд на «Вестерн Юнион». После многолетней тяжбы он все-таки выиграл процесс. Но к тому времени патент на изобретение уже истек, и итальянец смог получить разве что моральное удовлетворение. Только 11 июня 2002 года Конгресс США вынес решение о том, что именно Меуччи, а не Белл, является изобретателем телефона.

В 1915-1918 гг. эти разработки продолжили инженеры фирмы Белла, и вскоре на улицах городов появились первые рупорные громкоговорители.

Но диапазон частот у этих устройств был очень узким. Выход нашли американцы Честер Рейс и Эдвард Келлог из компании «Дженерал электрик». В 1924 г. они сконструировали электродинамический излучатель, в котором диафрагма могла работать в диапазоне выше своей резонансной частоты. Уже через два года это устройство появилось в промышленных громкоговорителях Radiola Model 104, а также в радиоприемнике Radiola 28. В 1927 г. в конструкции головки громкоговорителя появился постоянный магнит, что способствовало улучшению качества звука.

Интересно отметить, что почти одновременно работы по созданию электродинамических громкоговорителей велись и в России. В 1923 году в Петрограде была создана Центральная радиолаборатория, позднее переименованная в Институт радиовещательного приема и акустики. С первых дней создания в ИРПА проводились разработки громкоговорителей. В 1926 году был создан электромагнитный громкоговоритель “Рекорд” и электромагнитный рупорный уличный громкоговоритель ТМ, которые начали выпускаться на заводе им. Кулакова. Уже в 1930-32 годах были созданы первые мощные громкоговорители для звукоусиления на Красной площади в Москве (мощностью 100 Ватт). С тех пор акустические системы претерпели массу изменений, но принцип их работы до сих пор остается все тем же.

Устройство громкоговорителя.  У громкоговорителя есть подвижная и неподвижная части, которые и образуют его функциональную систему.

Подвижную часть, закрытую пылезащитным колпачком, называют диффузором. Он создает механические колебания — вибрацию воздуха, который мы воспринимаем как звук, и чем больше площадь соприкосновения подвижной части с воздухом, тем сильнее будет излучаемый звуковой сигнал.

За диффузором располагается центрирующая шайба, в которой находится электромагнитная катушка. Она влияет на мощность звука и его качество. Каркас такой катушки изготавливают из плотной бумаги или медной, или алюминиевой фольги и прикрепляют к диффузору с тыльной стороны. Выводы катушки подключаются к выходному каскаду усилителя звуковой частоты.

Эта катушка (еще ее называют звуковой) имеет свободный ход на металлическом стержне, расположенном в магнитном поле мощного постоянного магнита, кольцевой формы, который крепится к корзине. При прохождении через обмотку звуковой катушки усиленного звукового сигнала, создается переменное электромагнитное поле, которое суммируется воедино витками намотанного на каркас провода и взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита.

В зависимости от силы поступаемого на обмотку электрического сигнала, прочно прикрепленная к диффузору катушка приводит диффузор в колебательные движения, который возбуждает окружающий его воздух, образовывая направленную звуковую волну.

Высококачественные громкоговорители воспроизводят звуковые колебания в диапазоне от 20 до 20000 Герц. Но такие устройства довольно сложны. Чаще применяют системы из нескольких громкоговорителей с разделёнными диапазонами воспроизведения звука. Это улучшает слышимое качество звука и перераспределяет электрическую и механическую нагрузку между динамиками, увеличивая общую громкость воспроизведения. Для домашних условий вполне достаточной может быть мощность около 1–5 электрических ватт. Для вечеринки – около 20–100 ватт. Небольшой актовый зал или дискотека – 300–500 ватт. И далее по возрастающей. Общим недостатком всех громкоговорителей является малый КПД – 1-3 %. Но и этих процентов на практике хватает для слушания музыки, речи и других звуков окружающего нас мира.

Лабораторная работа №1. Наблюдение действия магнитного поля на ток.

Цель работы: наблюдение действия магнитного поля на проводник с током.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, реостат, ключ, источник постоянного тока, соединительные провода, дугообразный магнит и, конечно же, проволочный моток.

Ход работы:

1. Необходимо подвесить проволочный моток к штативу, предварительно присоединив его к источнику тока последовательно с реостатом и ключом. Предварительно ключ должен быть разомкнут, а движок реостата должен быть установлен на максимальное сопротивление. Начертите схему.

2 .Замкните цепь и расположите магнитную стрелку под мотком, определите полярность магнитного поля мотка.

3. Поднесите к висящему мотку магнит и, замыкая ключ, пронаблюдайте движение мотка. Сделайте рисунок.

4. Ответьте на вопросы:

Каково направление тока в мотке?

Каково направление магнитного поля мотка?

И каково направление магнитного поля магнита?

5. Поменяйте направление тока в мотке и опять пронаблюдайте за его движением. Сделайте соответствующий рисунок, и ответьте на вопросы из предыдущего пункта.

Сделайте самостоятельно выводы по данной теме.

Лабораторная работа по теме «Наблюдение действия магнитного поля на ток» ❤️

Цель урока: сформировать представление о магнитном поле и о действии магнитного поля на проводник с током.

Ход урока

Фронтальная беседа с учащимися по материалу лабораторной работы

— Почему около постоянного магнита существует магнитное поле?

— Почему нагляднее проводить опыты не с одиночным проводником, а с проволочным мотком?

— Как изображаются магнитные поля?

— Какие линии служат для графического представления магнитного поля.

Оборудование для лабораторной работы:

дугообразный магнит, проволочный моток, штатив, реостат, источник постоянного тока, соединительные провода, ключ.

Учитель проводит инструктаж по технике безопасности.

Самостоятельный эксперимент с действием магнитного поля на электрический ток

Перед проведением лабораторной работы правильно разместим приборы.

— Проволочный моток подвесим на штатив, а затем подключим его к источнику тока последовательно с реостатом ( для увеличения сопротивления) и выключателем.

Движок реостата поставим на самое большое сопротивление, чтобы не произошло повреждение пластмассового

кольца, на который намотана проволока. Ключ замыкаем только во время проведения опыта и сразу размыкаем его после окончания опыта.

Проведение эксперимента

1. Дугообразный магнит поднесем к висящему на штативе проволочному мотку, замыкая ключ, наблюдаем за движением мотка.

2. Зарисуем 4 варианта расположения магнита относительно проволочного мотка, указывая на рисунках направление тока. Направление линий магнитной индукции и предположительное движение мотка относительно магнита.

3. Справедливость предположений о направлении движения мотка и характере этих движений проверяем на опыте.

4. Из тонкой фольги вырезать длинную полоску. Подвесить ее на штативе U –образно и подключить к электрической цепи. Пронаблюдать взаимодействие полоски с током и дугообразным магнитом.

5. Сделать вывод.

Контрольные вопросы

1. Шнур настольной лампы, питаемой постоянным током, поднесли к магнитной стрелке.

Изменится ли положение магнитной стрелки? Ответ: если шнур двухпроводной, то магнитная стрелка не отклонится. Ток в двух жилах шнура имеет противоположное направление, а по величине одинаков

2. Если нет перемещения тела, то нет и механической работы. Куда «исчезла» энергия,

переданная электромагниту пока он «удерживал» груз? Ответ: постоянный ток расходуется на нагрев проводника (на джоулево тепло).

Подведем итоги урока

Домашнее задание: § 1, 2 (повторить), № 843.

Лабораторная работа “Наблюдение действия магнитного поля на ток” 9 класс

Лабораторная работа № 11 Тема: Наблюдение действия магнитного поля на ток Цель: выяснить как действует магнитное поле на ток Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, источник питания на 4 – 6 В, проволочный моток, дугообразный магнит,  полосовой магнит, ключ, соединительные провода Ход работы 1.Соберите установку, показанную на рис 1.  2.Поднеся   к   проволочному   мотку  справа  магнит  северным  полюсом  N,   замкните   цепь. Обратите   внимание   на   характер   магнитного   взаимодействия   мотка   и   магнита ________________________________________________________________________________ 3.Поднесите   к   мотку  справа  магнит    южным  полюсом  S.   Как   изменился   характер взаимодействия мотка и магнита? ___________________________________________________ 4.Поднесите к проволочному мотку слева магнит  северным полюсом N, что вы наблюдаете? ________________________________________________________________________________ 5.  Поднесите к проволочному мотку  слева  магнит  южным  полюсом  S, что вы наблюдаете ________________________________________________________________________________ 6.Определив направление тока по мотку, выберите соответствующий рисунок и подпишите его, по результатам проведённого  опыта:                                                                                                                    рис 1 ___________________________________________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________________________________________ 7.Расположите проволочный моток между полюсами магнита, как показано на рис 2. Сделайте вывод _____ _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________ 8.Повторите опыт (пункт 7), поменяв полюса. Что вы наблюдаете? ____________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________ 9. Объясните происходящее в опытах (пункт 7 и 8) _________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________           рис 2 _____________________________________________________________________________________________ Вывод: В результате проедённой работы  я научился (лась) _______________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________

Виртуальные лабораторные работы

Движение тела по окружности под действием силы тяжести и упругости Цель работы – проверка справедливости второго закона Ньютона для движения тела по окружности под действием нескольких сил.
Наблюдение явления электромагнитной индукции Цель работы – экспериментальное доказательство правила Ленца, определяющее направление тока при электромагнитной индукции.
Проверка закона сохранения энергии при действии сил тяжести и упругости Цель работы – измерение максимальной скорости тела, колеблющегося на пружине, с использованием закона сохранения энергии.
Измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки Цель работы – измерение длины световой волны с помощью дифракционной решетки.
Наблюдение действия магнитного поля на ток Цель работы – изучение воздействия магнитного поля на ток. Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.
Изучение закона Ома для полной цепи Цель работы – измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.

Наблюдение действия магнитного поля на ток

Лабораторная работа №

Тема: Наблюдение действия магнитного поля на ток.

Цель работы: экспериментально определить зависимость действия магнитного поля на проводник с током от силы и направления тока в нем.

Оборудование:

• источник электропитания;
• катушка-моток;
• переменный резистор;
• ключ;
• полосовой магнит;
• штатив с муфтой и лапкой;
• соединительные провода.

Указания к работе

В работе исследуют взаимодействие проволочной катушки-мотка, подвешенной на штативе, с постоянным магнитом, также установленном на этом штативе рядом с катушкой. Последовательно с катушкой включают переменное сопротивление, что позволяет менять в ходе опыта силу тока в ней. Электрическая схема установки показана на рисунке 1.

1. Соберите экспериментальную установку, как показано на рисунке 2. Катушка и магнит должны располагаться так, чтобы плоскость катушки была перпендикулярна продольной оси магнита. Край магнита должен выступать на 1,5 – 2 см за основание штатива и находиться в центре катушки. 

2. Переменное сопротивление включите в цепь так, чтобы с его помощью можно было изменять силу тока в катушке. Ползунок переменного сопротивления поставьте в такое положение, при котором в цепи протекал бы минимальный ток.

3. Замкните ключ и по изменению положения катушки сделайте вывод о характере действия на нее магнита.

4. Увеличивая с помощью переменного сопротивления ток в цепи, установите, как действие магнита на катушку зависит от силы тока в ней.

5. Изменив подключение соединительных поводов к источнику питания, установите, как зависит действие магнитного поля на катушку от направления тока в ней.

6. Измените положение полюсов магнита на противоположное и повторите действия, указанные в пунктах 3, 4 и 5.

7. Для каждого этапа опыта сделайте схематичные рисунки, отражающие изменения во взаимодействии магнита и катушки при изменении режимов работы установки.

8. Укажите на рисунках направления магнитного поля магнита, тока в катушке и магнитного поля катушки.

Объясните результаты наблюдений.

 

Если заметили ошибку, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter

Лабораторная работа 1 наблюдение.

Наблюдение действия магнитного поля на ток. Тренировочные задания и вопросы

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, источник питания, проволочный моток, дугообразный магнит, ключ, соединительные провода.

Указания к выполнению работы

1. Соберите установку, показанную на рисунке 144, б. Поднеся к проволочному мотку магнит, замкните цепь. Обратите внимание на характер магнитного взаимодействия мотка и магнита.

2. Поднесите к мотку магнит другим полюсом. Как изменился характер взаимодействия мотка и магнита?

3. Повторите опыты, расположив магнит с другой стороны мотка.

4. Расположите проволочный моток между полюсами магнита так, как это показано на рисунке 144, а. Замкнув цепь, наблюдайте явление. Сделайте выводы.

В работе № 4 мы рассмотрим взаимодействие соленоида с магнитом. Как известно, в соленоиде под током возникает магнитное поле, которое будет взаимодействовать с постоянным магнитом. Мы проведем серию из четырех опытов с различным расположением катушки и магнита. Следует ожидать, что их взаимодействие также будет различным (притягивание или отталкивание).

Примерный ход выполнения работы:

Мы наблюдаем следующие явления, которые удобно представить в виде рисунков:

Цель работы:

Оборудование:

Примечание.

Ход работы

катушку-моток.

Вывод: _____

Дополнительное задание

Лабораторная работа № 2

Изучение явления электромагнитной индукции

Цель работы: изучить явление электромагнитной индукции, проверить правило Ленца.

Оборудование: миллиамперметр, источник питания, катушки с сердечниками, магнит дугообразный или полосовой, реостат, ключ, соединительные провода, магнитная стрелка.

Тренировочные задания и вопросы

1. 28 августа 1831 г. М. Фарадей _____
2. В чем заключается явление электромагнитной индукции?
3. Магнитным потоком Ф через поверхность площадью S называют _____
4. В каких единицах в системе СИ измеряются

а) индукция магнитного поля [B]= _____

б) магнитный поток [Ф]= _____

5. Правило Ленца позволяет определить _____

6. Запишите формулу закона электромагнитной индукции.

7. В чем заключается физический смысл закона электромагнитной индукции?

8. Почему открытие явления электромагнитной индукции относят к разряду величайших открытий в области физики?

Ход работы

1. Подключите катушку к зажимам миллиамперметра..
2. Выполните следующие действия:

а) введите северный (N) полюс магнита в катушку;

б) остановите магнит на несколько секунд;

в) удалите магнит из катушки (модуль скорости движения магнита приблизительно одинаков).

3. Запишите, возникал ли в катушке индукционный ток и каковы его особенности в каждом случае: а) _____ б) _____ в) _____

4. Повторите действия пункта 2 с южным(S) полюсом магнита и сделайте соответствующие выводы: а) _____ б) _____ в) _____

5. Сформулируйте, при каком условии в катушке возникал индукционный ток.

6. Объясните различие в направлении индукционного тока с точки зрения правила Ленца

7. Зарисуйте схему опыта.

8. Начертите схему, состоящую из источника тока, двух катушек на общем сердечнике, ключа, реостата и миллиамперметра (первую катушку соедините с миллиамперметром, вторую катушку через реостат соедините с источником тока).

9. Соберите электрическую цепь по данной схеме.

10. Замыкая и размыкая ключ, проверьте, возникает ли в первой катушке индукционный ток.

11. Проверьте выполнение правила Ленца.

12. Проверьте, возникает ли индукционный ток при изменении силы тока реостата.

Лабораторная работа № 3

Ход работы

1. Установите на краю стола штатив, у его верхнего конца укрепите при помощи муфты кольцо и подвесьте к нему шарик на нити. Шарик должен висеть на расстоянии 2-5 см от пола.
2. Измерьте лентой длину маятника: ℓ= _____
3. Отклоните маятник от положения равновесия на 5-8 см и отпустите его.
4. Измерьте время 30-50 полных колебаний (например N=40). t₁ = _____
5. Повторите опыт еще 4 раза (число колебаний во всех опытах одинаковое).

t = _____ t = _____ t = _____ t = _____

1. Вычислите среднее значение времени колебаний.

t ,

t t __________ .

1. Вычислите среднее значение периода колебаний.

________ .

1. Результаты вычислений и измерений занесите в таблицу.

q q __________

1. Вычислите абсолютные погрешности измерения времени в каждом опыте.

∆t₁=|t₁−t |=| |=

∆t₂=|t₂−t |=| |=

∆t₃=|t₃−t |=| |=

∆t₄=|t₄−t |=| |=

∆t₅=|t₅−t |=| |=

1. Вычислите среднюю абсолютную погрешность измерений времени.

∆t = = _______

1. Вычислите относительную погрешность измерения q по формуле:

, где = 0,75 см

1. Вычислите абсолютную погрешность измерения q.

∆q = _____ ∆q = _____

Лабораторная работа № 4

Ход работы

1. Подключите лампочку через выключатель к источнику тока. С помощью экрана с щелью получите тонкий световой пучок.
2. Расположите пластину так, чтобы световой пучок падал на нее в точке В под некоторым острым углом.
3. Вдоль падающего на пластину и вышедшего из нее светового пучка поставьте две точки.
4. Выключите лампочку и снимите пластину, очертив ее контур.
5. Через точку В границы раздела сред воздух-стекло проведите перпендикуляр к границе, лучи падающий и преломленный и отметьте углы падения α и преломления β.
6. Проведите окружность с центром в точке В и отметьте точки пересечения окружности с падающим и отраженным лучами (соответственно точки А и С).
7. Измерьте расстояние от точки А до перпендикуляра к границе раздела. α= ____
8. Измерьте расстояние от точки С до перпендикуляра к границе раздела. b= _____
9. Вычислите показатель преломления стекла по формуле.

Т.к. n= n= _____

1. Вычислите относительную погрешность измерения показателя преломления по формуле:

Где ∆α = ∆b = 0,15 см. ______ = _____

11. Вычислите абсолютную погрешность измерения n.

∆n = n · ε ∆n = ______ ∆n = _____

12. Запишите результат в виде n = n ± ∆n. n = _____

13. Результаты вычислений и измерений занесите в таблицу.

№ опыта	α, см	B, см	n	∆α, см	∆b, см	ε	∆n

14. Повторите измерения и вычисления при другом угле падения.

15. Сравните полученные результаты показателя преломления стекла с табличным.

Дополнительное задание

Лабораторная работа № 5

Ход работы

1 Соберите электрическую цепь, подключив лампочку к источнику тока через выключатель.

2. Поставьте лампочку на один край стола, а экран – у другого края. Между ними поместите собирающую линзу.

3. Включите лампочку и передвигайте линзу вдоль рейки, пока на экране не будет получено резкое, уменьшенное изображение светящейся буквы колпачка лампочки.

4. Измерьте расстояние от экрана до линзы в мм. d=

5. Измерьте расстояние от линзы до изображения в мм. f

6. При неизменном d повторите опыт еще 2 раза, каждый раз заново получая резкое изображение. f , f

7. Вычислите среднее значение расстояния от изображения до линзы.

f f f = _______

8. Вычислите оптическую силу линзы D D

9. Вычислите фокусное расстояние до линзы. F F =

10. Результаты вычислений и измерений занесите в таблицу.

№ опыта	f·10¯³, м	f , м	d , м	D , дптр	D, дптр	F , м

11. Измерьте толщину линзы в мм. h= _____

12. Вычислите абсолютную погрешность измерения оптической силы линзы по формуле:

∆D = , ∆D = _____

13. Запишите результат в виде D = D ± ∆D D = _____

Лабораторная работа № 6

Ход работы

1. Включите источник света.
2. Глядя сквозь дифракционную решетку и щель в экране на источник света и перемещая решетку в держателе, установите ее так, чтобы дифракционные спектры располагались параллельно шкале экрана.
3. Установите экран на расстоянии приблизительно 50 см от решетки.
4. Измерьте расстояние от дифракционной решетки до экрана. α= _____
5. Измерьте расстояние от щели экрана до линии первого порядка красного цвета слева и справа от щели.

Слева: b = _____ справа: b=_____

Справа от щели фиолетовый Слева от щели Справа от щели

1. Повторите измерения и вычисления для фиолетового цвета.

Наблюдение действия магнитного поля на ток

Цель работы: убедиться в том, что однородное магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие.

Оборудование: катушка-моток, штатив, источник постоянного тока, реостат, ключ, соединительные провода, магнит дугообразный или полосовой.

Примечание. Перед работой убедитесь, что движок реостата установлен на максимальное сопротивление.

Тренировочные задания и вопросы

1. В 1820 г. Х. Эрстед обнаружил действие электрического тока на _____
2. В 1820 г. А. Ампер установил, что два параллельных проводника с током _____
3. Магнитное поле может быть создано: а) _____ б) _____ в) _____
4. Что является основной характеристикой магнитного поля? В каких единицах в системе СИ измеряется?
5. За направление вектора магнитной индукции В в том месте, где расположена рамка с током, принимают _____
6. В чем состоит особенность линий магнитной индукции?
7. Правило буравчика позволяет _____
8. Формула силы Ампера имеет вид: F= _____
9. Сформулируйте правило левой руки.
10. Максимальный вращающийся момент М, действующий на рамку с током со стороны магнитного поля, зависит от _____

Ход работы

1. Соберите цепь по рисунку, подвесив на гибких проводах

катушку-моток.

1. Расположите дугообразный магнит под некоторым острым

углом α(например 45°) к плоскости катушки-мотка и, замыкая ключ, пронаблюдайте движение катушки-мотка.

1. Повторите опыт, изменив сначала полюсы магнита, а затем направление электрического тока.
2. Зарисуйте катушку-моток и магнит, указав направление магнитного поля, направление электрического тока и характер движения катушки-мотка..
3. Объясните поведение катушки-мотка с током в однородном магнитном поле.
4. Расположите дугообразный магнит в плоскости катушки-мотка (α=0°). Повторите действия, указанные в пунктах 2-5.
5. Расположите дугообразный магнит перпендикулярно плоскости катушки-мотка (α=90°). Повторите действия, указанные в пунктах 2-5.

Вывод: _____

Дополнительное задание

1. Изменяя силу тока реостатом, пронаблюдайте, изменяется ли характер движения катушки-мотка с током в магнитном поле?

Лабораторная работа № 2

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Наблюдение действия магнитного поля на моток с током, на прямолинейный проводник с током.

2. ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ. Проволочный моток, штатив, источник постоянного тока, ключ, полосовой магнит, дугообразный магнит, прямолинейный проводник.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Перечислим основные свойства магнитного поля, которые предстоит экспериментально наблюдать, и вопросы, которыми должен владеть студент, приступающий к выполнению настоящей лабораторной работы.

1. Магнитное поле действует на проводник с током.

2. – индукция магнитного поля, векторная физическая величина, является силовой характеристикой магнитного поля.

3. Магнитное поле можно изображать графически с помощью силовых линий. Касательная к силовой линии имеет направление, совпадающее с направлением вектора .

4. На рисунке 1 с помощью силовых линий изображены магнитные поля полосового магнита, кольца с током, катушки с током, дугообразного магнита. N – северный магнитный полюс, S – южный магнитный полюс.

5. При взаимодействии источников магнитного поля одноименные полюсы взаимно отталкиваются, разноименные полюсы взаимно притягиваются.

6. Сила, действующая на провод с током в магнитном поле (закон Ампера):

F а = I B l sina , (1)

где I – сила тока в проводнике; B – индукция магнитного поля; l – длина проводника ; a – угол между проводником и вектором . Направление вектора силы F а определяется правилом левой руки.

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

Наблюдение действия магнитного поля полосового магнита на моток с током.

4.1.1. Подвесьте моток проволоки на штативе, концы проволоки подключите через ключ к источнику тока.

4.1.2. Поднесите к висящему мотку полосовой магнит и, замыкая ключ, пронаблюдайте движения мотка.

4.1.3. Зарисуйте относительное расположение мотка и магнита.

4.1.4. Результаты наблюдения занесите в таблицу 1.

Таблица 1.

Действие магнитного поля на прямолинейный проводник с током.

4.2.1. Расположите висящий проводник между полюсами дугообразного магнита.

4.2.2. Зарисуйте относительное расположение дугообразного магнита и прямолинейного проводника.

4.2.3. Замкните ключ электрической цепи и пронаблюдайте движение проводника.

4.2.4. Поменяйте полярность подключения источника тока (через проводник потечет обратный ток) и пронаблюдайте движение проводника.

4.2.5. Результаты наблюдения занесите в таблицу 2.

Таблица 2.

ВЫВОД

В выводе проанализируйте экспериментальные результаты и дайте ответ на следующие вопросы.

1. Действует ли магнитное поле на проводник с током, на проводник без тока?

2. Подтверждают ли результаты задания 4.1 пункт 5 из раздела «КРАТКАЯ ТЕОРИЯ »?

3. Подтверждают ли результаты задания 4.2 пункт 6 из раздела «КРАТКАЯ ТЕОРИЯ »?

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

6.1. На что действует магнитное поле?

6.2. Какая физическая величина является силовой характеристикой магнитного поля, как она используется?

6.3. Что такое силовая линия магнитного поля, для чего используются силовые линии?

6.4. Изобразите магнитное поле полосового магнита с помощью силовых линий. Укажите северный и южный магнитные полюсы магнита.

6.5. Как взаимодействуют между собою одноименные магнитные полюсы, разноименные магнитные полюсы?

6.6. Как определяются величина и направление силы, действующей на провод с током в магнитном поле?

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

I , А	I ср , А	m, кг	t, с	e, Кл
I 1 = ; I 2 = ; I 3 = ; I 4 = ; I 5 = ; I 6 = ; I 7 = ; I 8 = ; I 9 = ; I 10 = ; I 11 = ; I 12 = ; I 13 = ; I 14 =; I 15 = ;

Измерьте массу m 1 электрода, который в последствии будет подключен к отрицательному по­люсу источника электропитания.

Соберите электрическую цепь. Электроды подключают к цепи, вставляя их отогнутые лепестки в прорези штекеров соединительных проводов.

Проверьте правильность сборки цепи и надежность крепления соединительных поводов.

Подключите источник питания к электросети и заполните кювету раствором медного купороса.

Замкните ключ и одновременно с этим начните отсчет времени. Запишите первое показание амперметра I 1

На протяжении 15-20 минут с интервалом в одну минуту измеряйте и записывайте величину силы тока в цепи.

Через 15-20 минут с момента замыкания ключа разомкните его, отключите источник электро­питания и разберите цепь.

Промойте и высушите катод.

Вычислите среднее значение силы тока I ср.

Измерьте массу катода т 2 .

Вычислите массу осевшей на катоде меди: m = m 1 – m 2 .

Определите по формуле (1) величину заряда электрона.

1. Наблюдение действия магнитного поля на ток

Цель работы: экспериментально определить зависимость действия магнитного поля на проводник с током от силы и направления тока в нем.

Оборудование: источник электропитания, катушка-моток, переменный резистор, ключ, полосовой магнит, штатив с муфтой и лапкой, соединительные провода.

В работе исследуют взаимодействие проволочной катушки-мотка, подвешенной на штативе, с постоянным магнитом, также установленном на этом штативе рядом с катушкой. Последова­тельно с катушкой включают переменное сопротивление, что позволяет менять в ходе опыта силу тока в ней. Электрическая схема установки показана на рисунке 1.

Ход работы.

Изменив подключение соединительных поводов к источ­нику питания, установите, как зависит действие магнит­ного поля на катушку от направления тока в ней.

Измените положение полюсов магнита на противополож­ное и повторите действия, указанные в пунктах 3, 4 и 5.

Для каждого этапа опыта сделайте схематичные рисунки, отражающие изменения во взаимодействии магнита и ка­тушки при изменении режимов работы установки.

Укажите на рисунках направления магнитного поля маг­нита, тока в катушке и магнитного поля катушки.

Объясните результаты наблюдений.

Ток в магнитном поле > Лаборатория поддержки лекций по физике и астрономии > USC Дана и Дэвид Дорнсайф Колледж литературы, искусств и наук

EM.6(1) — Оценка с помощью пружинных весов

 

Несколько петель или проволоки в форме треугольника свисают с большого пружинного баланса. Основания треугольных петель размещены пересекающими сильное магнитное поле подковообразного магнита. К треугольным шлейфам подключается источник питания постоянного тока (в схему также можно добавить лекционный амперметр).Демонстрация показывает, что сила, действующая на провод с током в заданном магнитном поле, зависит от величины и направления тока. Переключатель, добавленный в цепь, показывает, что направление силы на петлях меняется при изменении направления тока.

 

 

Топ

EM.6(2) – Механические воздействия на провод

Длинный медный провод подвешен вертикально на резинках на высокой подставке (резинки удерживают провод с обоих концов). Провод подключается к обоим полюсам источника постоянного тока. Опора на средней высоте подставки держит U-образный магнит, так что проволока перпендикулярна силовым магнитным полям. Когда постоянный ток движется вверх или вниз по проводу, он отклоняется в стороны, в зависимости от ориентации полюсов магнита. Прогиб проволоки составляет около 2 см в каждую сторону.

 

 

 

ПРИМЕЧАНИЕ: Эта демонстрация производит небольшой эффект, который мешает учащимся четко увидеть эффект.

Топ

EM.6(3) – Электродвигатель постоянного тока

В этой демонстрации показаны основные принципы работы электродвигателей. Он демонстрирует преобразование электрической энергии во вращательное движение, а также производство электрической энергии из вращательного движения. Он состоит из якоря, установленного между концами двух постоянных стержневых магнитов. Электродвигатель имеет высоту около 40 см, длину 50 см и ширину 15 см. Он имеет простой дизайн и яркие цвета для эффективной и наглядной демонстрации.

 

ПРИМЕЧАНИЕ: Источник питания подключается к нижней клемме с каждой стороны; красная катушка к + и зеленая катушка к клемме – соответственно.

Верх

EM.6(4) – Токопроводящие шины

К доске крепятся две параллельные токопроводящие рейки длиной около 30 см. Проводящая осе-колесная сборка может свободно катиться по рельсам. Рельсы помещены в сильное вертикальное магнитное поле и подключены к батарее.Когда течет ток, ось и колеса испытывают силу и катятся. Если направление тока меняется на противоположное, ось и колеса катятся в противоположном направлении.

 

 

Топ

EM.6(5) – Лампочки

Стержневой магнит отклоняет большую витую нить накала лампочки, подключенной к источнику питания постоянного тока. Если лампа подключена к сети переменного тока, нить накала сильно вибрирует.

 

 

Топ

ЕМ.6(6a) – Электромагнитные качели

U-образный провод качается между полюсами сильного подковообразного магнита. Качели подключены к полюсам аккумулятора 12 В. Когда ток проходит через провод, он выпрыгивает из области между полюсами. Вы можете использовать переключатель или просто держать цепь разомкнутой и касаться каждого полюса, чтобы показать эффект.

 

 

ПРИМЕЧАНИЕ: Не подавайте напряжение более 2 вольт.

Топ

ЕМ.6 (6б) ЭМ Качели

Целью этого эксперимента является измерение силы Лоренца на медном проводе с током, находящемся в постоянном магнитном поле. Токонесущий провод расположен горизонтально и подвешен на двух вертикальных тросах. Вертикальные полюса, прикрепленные к аппарату выше и ниже горизонтального провода, создают статическое магнитное поле. После подачи постоянного напряжения горизонтальный провод будет выступать наружу из магнитного поля из-за силы Лоренца.Величина силы Лоренца пропорциональна углу отклонения и поэтому может рассматриваться как функция приложенного напряжения или напряженности статического магнитного поля. Чтобы изменить напряженность магнитного поля, просто поверните вертикальные полюса, пока не будет достигнуто желаемое положение. Высокое напряжение не требуется, достаточно примерно 0,1-0,3В. Для улучшения раскачивания быстро подайте напряжение и/или увеличьте статическое магнитное поле, добавив стержневые магниты к вертикальным полюсам.

 

Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео этой демонстрации.

Топ

 

EM.6(7) – Движение электрона в однородном магнитном поле

 

Этот прибор позволяет учащимся четко наблюдать влияние электрических и магнитных полей на поток электронов. Горизонтальный пучок электронов, перпендикулярный магнитному полю, отклоняется по круговой траектории. Он отображает ярко окрашенный светящийся луч. Аппарат позволяет измерять диаметр кругового пути, соответствующий приложенному напряжению и отклоняющему полю.Большой орбитальный путь электронов является круговым, а катушки Гельмгольца интегрированы. Луч имеет встроенный гравированный стеклянный стержень со шкалой по центральной оси.

Характеристики:

• Вакуумная трубка:

– диаметр 130 мм

– Газообразный гелий

– Встроенная люминофорная шкала

• Катушка Гельмгольца:

– диаметр 300 мм

– провод 1 мм 130 витков

– Две параллельно установленные катушки с переменными резисторами для регулировки тока

• Анод: 200–500 В

• Нагреватель: 6.3В/1А

• Катушка Гельмгольца: 12 В пост. тока/2 А

Размеры:                                                          

370 мм x 255 мм x 388 мм (Д x Ш x В)

 

 

 

Топ

Эффект Холла — MagLab

Когда магнитное поле прикладывается перпендикулярно потоку тока, это поле вызывает сопротивление току. Это сила Лоренца в действии, и ее можно хорошо наблюдать в эффекте Холла.

Магнитные поля воздействуют на электрические токи. Когда магнитное поле приложено перпендикулярно потоку тока, поле вызывает сопротивление тока. Это проявление силы Лоренца, которая толкает отрицательно заряженные электроны в токе в направлении, определяемом правилом левой руки. Это движение электронов приводит к слабой, но измеримой разности потенциалов или напряжению , перпендикулярному как протеканию тока, так и приложенному магнитному полю.Это известно как эффект Холла , названный в честь американского физика Эдвина Холла, открывшего это явление в 1879 году. Этот эффект особенно ярко проявляется в тонких металлах и легко наблюдается в плазме низкой плотности (электропроводящий ионизированный газ). , например флуоресцентный свет, как в этом уроке.

Концы трубки на эффекте Холла (вакуум со следами газа неона) подключены к батарее . Меньшая трубка пересекается с большей трубкой; к его концам прикреплены электроды, которые подключены к вольтметру для определения напряжения.Обратите внимание, что неон в трубке флуоресцирует (излучает свет) из-за возбуждения электрического тока, подаваемого от батареи. Этот ток отражается в потоке электронов , изображенных здесь в виде маленьких желтых частиц. Отрегулируйте ползунок Magnet Position , чтобы переместить сильный постоянный магнит ближе к трубке на эффекте Холла. Проверьте вольтметр; Эффект Холла вызывает напряжение Холла , перпендикулярное основному току. Наблюдайте, как поток электронов реагирует на магнитное поле.Поэкспериментируйте с синими кнопками Flip Magnet и Flip Battery , чтобы увидеть, как это влияет на разность потенциалов. Нажав на ячейку Field Lines , вы увидите действие невидимых магнитных сил и поможете себе это визуализировать.

Аналогичный эффект наблюдается в полупроводниках, где эффект Холла играет большую роль при разработке интегральных схем на полупроводниковых кристаллах. В большинстве проводников, таких как металлы, эффект Холла очень мал, потому что плотность проводимости электронов очень велика, а скорость дрейфа (эрратизм заряженных частиц) чрезвычайно мала даже при максимально достижимых плотностях тока.Поэтому эффект Холла считается неважным в большинстве электрических цепей и устройств и не упоминается во многих текстах по электричеству и магнетизму. Однако в полупроводниках и в большинстве лабораторных плазм плотность тока на много порядков меньше, чем в металлах, а эффект Холла соответственно больше и часто легко наблюдаем. Некоторые устройства для измерения магнитных полей используют полупроводники в качестве чувствительных элементов и называются датчиками Холла .

Влияние магнитного поля на движущиеся заряды: Лаборатория физики – Видео и стенограмма урока

Этапы лаборатории физики

Для выполнения этой лабораторной работы вам понадобятся:

• Провод
• Большая батарея – тип С работает хорошо. Наличие нескольких повысит ваши шансы на успех.
• Выключатель
• Большой подковообразный магнит

Шаг 1: Соедините батарею, провода и выключатель в замкнутый контур (замкнутая цепь). Переместите переключатель в положение «выключено».

Шаг 2: Расположите провод так, чтобы он перемещался между полюсами магнита. Он должен быть направлен под углом 90 градусов к линии между полюсами.

Шаг 3: Включите цепь и следите за проводом. Запишите свои наблюдения.

Шаг 4: Сделайте то же самое с проводом, направленным параллельно линии между полюсами.

Примечание. Через некоторое время после подключения батарея разряжается. Это связано с тем, что в цепи нет ничего похожего на лампочку или другое устройство, поэтому электроны быстро движутся вокруг нее, расходуя заряд батареи. Если это произошло и вы хотите продолжить наблюдение, подключите новую батарею.

Если вы еще этого не сделали, самое время поставить видео на паузу и завершить лабораторную работу. Удачи!

Анализ данных

Когда вы закончите, пришло время проанализировать собранные вами данные наблюдений. Вы, наверное, заметили, что провод двигался, когда вы включали схему на 90 градусов. Это связано с тем, что провод содержит заряды, движущиеся внутри него, а движущиеся заряды чувствуют силу, когда их помещают в магнитное поле.

Когда провод был ориентирован параллельно линии между полюсами, такой силы не ощущалось. Это связано с тем, что векторы магнитного поля, тока и силы расположены под углом 90 градусов друг к другу.Или, другими словами, сила, действующая на провод, равна BIL sine theta. «B» — напряженность магнитного поля, «I» — ток, «L» — длина провода, а тета — угол между магнитным полем и током. Для подковообразного магнита магнитное поле направлено прямо от северного полюса к южному полюсу. Если этот угол, тета, равен нулю (или 180 градусам, если на то пошло), то сила равна нулю, потому что нулевой синус равен нулю.

Но, как видно из эксперимента, заряды действительно чувствуют силы внутри магнитных полей.

Краткий обзор урока

Магнитное поле — это область вокруг магнита или движущегося заряда, где оно может воздействовать на другие объекты. Движущиеся заряды на самом деле являются источником магнитных полей, будь то заряды, движущиеся глубоко внутри стержневого магнита, или магнитное поле, создаваемое проводом с током. Но на движущиеся заряды также воздействуют внешние магнитные поля. Когда вы посылаете заряд через поле, созданное чем-то другим, оно почувствует силу.

В сегодняшней лаборатории мы наблюдали, как действует эта сила.Если заряды в проводе направлены под углом 90 градусов к магнитному полю (линии, идущие от одного полюса к другому для магнита), ощущается сила. Если заряды направлены параллельно, то силы не ощущалось.

Результаты обучения

Когда вы закончите, вы сможете:

• Вспомнить, что такое магнитное поле и как оно создается
• Объясните силу, создаваемую магнитным полем

Первое наблюдение эффекта Холла в конденсате Бозе-Эйнштейна

Начав с облака примерно из 20 000 атомов, исследователи варьировали силу захвата, сталкивая атомы вместе и раздвигая их, чтобы имитировать движение носителей заряда в переменном токе. В ответ атомы начинают двигаться способом, математически идентичным тому, как двигались бы заряженные частицы, испытывающие эффект Холла, — под прямым углом как к направлению «текущего» потока, так и к направлению искусственного магнитного поля. Это вызывает наклонное движение. Кредит: НИСТ

(Phys.org) — Исследователи Национального института стандартов и технологий впервые наблюдали эффект Холла в газе из ультрахолодных атомов. Эффект Холла — это важное взаимодействие магнитных полей и электрического тока, чаще всего связанное с металлами и полупроводниками.Варианты эффекта Холла используются в инженерии и физике, начиная от автомобильных систем зажигания и заканчивая фундаментальными измерениями электричества. Новое открытие может помочь ученым узнать больше о физике квантовых явлений, таких как сверхтекучесть и квантовый эффект Холла.

Их статья появилась 14 июня 2012 г. в онлайн-версии Proceedings of the National Academy of Sciences.

Открытый в 1879 году Эдвином Холлом эффект Холла легче всего визуализировать в прямоугольном проводнике, подобном медной пластине, когда по его длине протекает ток. Магнитное поле, приложенное под прямым углом к ​​электрическому току (вниз в пластину), отклоняет путь носителей заряда в токе (например, электронов), индуцируя силу в третьем направлении под прямым углом к ​​магнитному полю. и текущий поток. Это толкает носители заряда к одной стороне пластины и индуцирует электрический потенциал, или «напряжение Холла».Напряжение Холла можно использовать для измерения скрытых внутренних свойств электрических систем, таких как концентрация носителей тока и знак их заряда.

«Системы холодных атомов — отличная платформа для изучения сложной физики, потому что они почти свободны от мешающих примесей, атомы движутся намного медленнее, чем электроны в твердых телах, а системы намного проще», — говорит исследователь NIST Линдсей Леблан. «Фокус в том, чтобы создать условия, которые заставят атомы вести себя правильно.

Измерение эффекта Холла в конденсате Бозе-Эйнштейна основано на предыдущей работе NIST по созданию синтетических электрических и магнитных полей. Во-первых, группа использует лазеры, чтобы связать энергию атомов с их импульсом, помещая два внутренних состояния в отношения, называемые суперпозицией. Это заставляет электрически нейтральные атомы вести себя так, как если бы они были заряженными частицами. С облаком из примерно 20 000 атомов, собранным в свободный шар, исследователи затем циклически изменяют силу захвата, сталкивая атомы в облаке вместе и раздвигая их, чтобы имитировать движение носителей заряда в переменном токе.В ответ атомы начинают двигаться способом, который математически идентичен тому, как двигались бы заряженные частицы, испытывающие эффект Холла, то есть под прямым углом как к направлению «токового» потока, так и к направлению искусственного магнитного поля.

Согласно Леблану, измерение эффекта Холла предлагает еще один инструмент для изучения физики сверхтекучести, низкотемпературного квантового состояния, при котором жидкости текут без трения, а также так называемого квантового эффекта Холла, где соотношение Холла напряжение и ток через материал квантуются, что позволяет определить фундаментальные константы.

---

Зарядите его: нейтральные атомы действуют как электрически заряженные частицы.

---

Дополнительная информация: Л.Дж. Леблан, К. Хименес-Гарсия, Р.А. Уильямс, М.К. Билер, А.Р. Перри, В.Д. Филлипс и И.Б. Шпильман.Наблюдение сверхтекучего эффекта Холла. Труды Национальной академии наук . Опубликовано в Интернете перед печатью 14 июня 2012 г., doi: 10.1073/pnas.1202579109 Предоставлено Национальный институт стандартов и технологий

Цитата : Первое наблюдение эффекта Холла в конденсате Бозе-Эйнштейна (20 июня 2012 г. ) получено 17 февраля 2022 г. с https://физ.орг/новости/2012-06-эффект-холла-бозе-эйнштейн-конденсат.html

Этот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.

Магнитные поля – Электромагнетизм и магнетизм – KS3 Physics Revision

Магнит создает вокруг себя магнитное поле.Вы не можете видеть магнитное поле, но можете наблюдать его эффекты. На магнитный материал, помещенный в магнитное поле, действует сила. Сила является бесконтактной силой, потому что магнит и материал не должны соприкасаться друг с другом.

Обнаружение магнитных полей

Вы можете использовать циркуль или железные опилки для обнаружения магнитного поля:

1. положите лист бумаги на магнит (это предотвратит прилипание железных опилок к магниту)
2. посыпьте железными опилками бумага
3. осторожно постучите по бумаге, чтобы разложить опилки
4. наблюдайте и записывайте результаты

железные опилки показывают магнитное поле вокруг этого стержневого магнита

1gc8v8p4y26.0.0.0.1:0.1.0.$0.$3.$0″> рисование диаграмм магнитного поля

эксперимент, показанный на фотографии, поэтому вместо этого мы рисуем простые силовые линии магнитного поля.

На схеме обратите внимание, что:

• каждая линия поля имеет острие
• линии поля выходят из северного полюса и входят в южный полюс
• линии поля больше сосредоточены на полюсах

Магнитное поле сильнее всего на полюсах, где силовые линии наиболее сконцентрированы.

Силовые линии также показывают, что происходит с магнитными полями двух магнитов при притяжении или отталкивании.

Линии поля проходят от одного магнита к другому, когда магниты притягиваются друг к другу Линии поля не ведут от одного магнита к другому, когда магниты отталкиваются друг от друга

магнитное отклонение

магнитное отклонение Лабораторное руководство Глава 9

---

Обзор:

Цели этого эксперимента:

1. наблюдать действие магнитного поля на заряженную частицу.
2. вычислить отношение заряда к массе электрона
3. проверить «правило правой руки», которое управляет направлением силы на зарядке.
4. определить магнитное поле Земли и соленоида с помощью гауссметра

Примечания:

Мы говорили о движении электрона в электрическом поле. Поэтому имеет смысл обсуждать движение электрон в магнитном поле, теперь, когда вы (надеюсь) обсудили магнетизм в вашей лекции.Вот краткий обзор:
Если заряженная частица движется в магнитном поле (В), то она испытывает сила величины: |Ф| = д | в х Б | = qvBsin(тета) где q — заряд частицы, v — ее скорость, B — магнитная напряженность поля, а тета – угол между v и B. Направление силы легко получить с помощью правила правой руки. (Показано в сорт!)

Обратите внимание на тот факт, что магнитная сила не действует на заряженный частица.Это означает, что магнитное поле не может изменить скорость частицы. Он может только изменить направление частицы. Заряженная частица, движущаяся перпендикулярно магнитному полю, будет двигаться по круг. Вы можете обратиться к этот апплет чтобы увидеть влияние магнитного поля на заряженную частицу.

В нашем сегодняшнем эксперименте мы снова будем использовать электронно-лучевую трубку (ЭЛТ). рассмотреть влияние магнитного поля на заряженную частицу. Мы будем поместите ЭЛТ в магнитное поле, создаваемое соленоидом (катушка), и наблюдайте что происходит с изображением на экране.

Соленоид представляет собой катушку проводов. Он создает магнитное поле внутри него с величиной B = (mu)*nI, где mu — магнитная проницаемость свободного пространства, n — количество витков на единицу длины, а I — ток проходит через катушку. Для частицы, движущейся перпендикулярно этому поле со скоростью v, радиус кругового пути, по которому оно проходит, будет:

R = мВ/qB Если мы знаем радиус кругового пути и напряженность магнитного поля B, то мы можем вычислить значение m/q! Это означает, что все, что у нас есть Чтобы выяснить, какую массу имеет электрон, нужно поместить его в магнитное поле. поле и смотреть, какой путь он принимает! (Мы можем выяснить, сколько заряда он имеет другие средства.) Мы можем найти массу любой заряженной частицы используя этот метод. В этом эксперименте мы найдем соотношение заряда к массе, или q/m, электрона. После того, как вы выполните это лаборатории, вы сможете похвастаться тем, что нашли массу электрона без необходимости искать его в книге. 🙂

На самом деле провести эксперимент с нашим ЭЛТ немного сложнее. Мы могли бы наблюдать путь электрона с помощью пузырьковой камеры или камеры Вильсона, и расчет был бы гораздо проще, но к сожалению, получив эти аппарат для работы требует немного усилий (поверьте мне!), и требует специального камеры, жидкий азот или сухой лед, и Мэл (наш продавец), вероятно, Убейте меня, если я сломаю еще **больше** из них! Итак, сделав еще несколько шагов, мы может вычислить, что произойдет в нашем ЭЛТ.

Сначала найдем период кругового движения электрона.

Т = 2 * пи * м / д * В Независимо от того, какова скорость частицы, период всегда равен этой величине.
Теперь давайте рассмотрим тот факт, что наш электрон не движется перпендикулярно к магнитному полю. Он имеет некоторую составляющую скорости в направление x (где направление x такое же, как и в электрическом отклонении лаборатория). Он больше не будет двигаться по кругу.Он будет иметь спиральный путь вокруг оси х. Однако, если я посмотрю вниз по оси X, я см. электрон, кажется, движется по кругу. Просто подумайте о пути электрона как суммы этих двух движений: круговое движение вызвало магнитным полем и линейным движением, вызванным начальной скоростью в направлении х. Ни одно движение не влияет на другое.
Следовательно, уравнение движения в направлении x просто x = v_ox * t. Если принять время t за период одного кругового движения, то пройденное расстояние равно: х = v_ox * T = v_ox * 2 * pi * m / q * B Мы также знаем, что начальная скорость в направлении х вызвана ускоряющее напряжение, V_g, из лаборатории электрического отклонения (v_ox) ^ 2 = 2*ц*В_г/м. Если мы сможем найти магнитное поле, при котором электроны попасть на экран после одного периода, мы можем найти количество q/m.

---

Процедура:

Часть I

1. Измерьте V_g. Вам нужно будет упражняться в те же предостережения, которые вы использовали в предыдущей лабораторной работе (электрическое отклонение). (Никогда не подсоединяйте и не отсоединяйте провода при включенном питании!).

2. Подсчитайте количество витков (контуров) в соленоиде и измерьте его длину.n = количество витков/длина

3. Разместите соленоид над ЭЛТ.

4. Подключите большой блок питания к соленоиду.

Будьте осторожны! Блок питания выдает большой ток (>10 А!). НЕ используйте мультиметр для измерения этого тока. Включите питание, убедившись, что вы не касаетесь ни одной из связи.

5. Определить ток, при котором изображение на ЭЛТ становится точка. Это соответствует случаю, когда электрон ушел через один период. ***Чтобы определить силу тока, прочтите шкалу на питание соленоида***. Как только вы закончите этот шаг, выключите питание соленоида.

6. Рассчитать кв/м.

Часть II
Проверка правила правой руки:
1. Получите стержневой магнит.
2. Переместите одну сторону магнита (N или S) ближе к ЭЛТ.
3.Напишите свои наблюдения в разделе данных.
4. Повторите для другой стороны магнита.

Часть III:
1. Приобретите гауссметр. (Если их нет, наберитесь терпения. Вы не можете присоединиться к другой группе, так как их показания будут немного отличаться от вашего.)
2. Подсоедините мультиметр к Gaussmeter.
3. Поверните мультиметр на DCV или V с полосой над ним.
4. Установите для параметра Gaussmeter значение batt.Убедитесь, что напряжение составляет около 0,7 В.  (не ниже 0,6 В!)
5. Установите для гауссметра значение 100 мТл. Направьте зонд на доске, как можно дальше от соленоидов в классе. Запишите «напряжение смещения», которое вы прочитали на мультиметре. Это напряжение соответствует 0 мТл.
6. С помощью гауссметра определите напряженность магнитного поля соленоид, использованный в первой части эксперимента.

а) Включите соленоид, пройдя через него. такое же количество тока, которое вы использовали в части I, чтобы получить точку.
б) Запишите напряжение, которое вы считываете с мультиметра на 1) экране ЭЛТ, а 2) посередине, 3) 3/4 длины и 4) на конце соленоида. Кроме того, запишите еще одну точку вне соленоида.
c) Определите напряженность магнитного поля каждой из этих точек и построить график зависимости B от длины.

7. С помощью гауссметра определите напряженность магнитного поля Земной шар. Так как он такой маленький, вы не сможете использовать свой “офсетный напряжение» для справки больше.

а) Измените настройку гауссметра на 10 мТл.
б) Определить максимальное напряжение, покачивая пробником. Также запишите направление, в котором вы нашли этот максимум.
в) Найдите минимальное напряжение. Запишите его и направление минимум.
г) Определить напряженность поля Земли с помощью уравнения |V_max – V_мин| / 2.
e) Определите направление поля. Указывает ли это на географический Юг (Вайкики)? или север (северный берег)? Который Как вы ожидали, что это пойдет?

В дополнение к вашему выводу, ответьте на вопросы, найденные в процедуре на странице 85:
Они:
1) Является ли приближение, что B постоянна в соленоиде, хорошим? Где это приближение начинает давать сбои?

2) Рассчитайте магнитное поле соленоида, используя B = му*н*я.Найдите процентную разницу между этим расчетным значением и измеренное значение, которое вы получили с помощью мультиметра. Почему они могут отличаться?

3) Определить отношение заряда к массе с помощью магнитного поля измеряется гауссметром. Найдите процентную разницу между этим значением и q/m, который вы нашли в части I. Что лучше?

 

Первое прямое наблюдение магнитного поля, влияющего на автофлуоресценцию флавинов в живых клетках — ScienceDaily

Японские исследователи впервые наблюдали биологическую магниторецепцию — живые неизмененные клетки реагируют на магнитное поле в режиме реального времени.Это открытие является важным шагом в понимании того, как животные, от птиц до бабочек, ориентируются, используя магнитное поле Земли, и в решении вопроса о том, могут ли слабые электромагнитные поля в нашей среде влиять на здоровье человека.

«Самое радостное в этом исследовании — увидеть, что взаимосвязь между спинами двух отдельных электронов может оказать большое влияние на биологию», — сказал профессор Джонатан Вудворд из Токийского университета, проводивший исследование вместе со студентом докторантуры Нобору Икея. Результаты были недавно опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences Соединенных Штатов Америки ( PNAS ).

Исследователи подозревали, что с 1970-х годов, поскольку магниты могут притягивать и отталкивать электроны, магнитное поле Земли, также называемое геомагнитным полем, может влиять на поведение животных, воздействуя на химические реакции. Когда некоторые молекулы возбуждаются светом, электрон может перескакивать с одной молекулы на другую и создавать две молекулы с одним электроном, известные как радикальная пара.Отдельные электроны могут существовать в одном из двух различных спиновых состояний. Если два радикала имеют одинаковый электронный спин, их последующие химические реакции протекают медленно, в то время как пары радикалов с противоположными электронными спинами могут реагировать быстрее. Магнитные поля могут влиять на состояние спина электрона и, таким образом, непосредственно влиять на химические реакции с участием радикальных пар.

За последние 50 лет химики выявили множество реакций и специфических белков, называемых криптохромами, которые чувствительны к магнитным полям в среде пробирки.Биологи даже наблюдали, как генетическое вмешательство в криптохромы у плодовых мушек и тараканов может лишить насекомых способности ориентироваться в соответствии с геомагнитными сигналами. Другое исследование показало, что геомагнитная навигация птиц и других животных чувствительна к свету. Однако никто ранее не измерял химические реакции внутри живой клетки, меняющиеся непосредственно под действием магнитного поля.

Вудворд и Икея работали с клетками HeLa, клетками рака шейки матки человека, которые обычно используются в исследовательских лабораториях, и особенно интересовались их молекулами флавина.

Флавины — это субъединица криптохромов, которые сами по себе являются распространенной и хорошо изученной группой молекул, которые естественным образом светятся или флуоресцируют при воздействии синего света. Они являются важными светочувствительными молекулами в биологии.

Когда флавины возбуждаются светом, они могут либо флуоресцировать, либо образовывать пары радикалов. Эта конкуренция означает, что степень флуоресценции флавина зависит от того, насколько быстро реагируют пары радикалов. Команда Токийского университета надеялась наблюдать за биологической магниторецепцией, наблюдая за аутофлуоресценцией клеток при добавлении искусственного магнитного поля к их среде.

Автофлуоресценция распространена в клетках, поэтому, чтобы выделить автофлуоресценцию флавина, исследователи использовали лазеры для освещения клеток светом определенной длины волны, а затем измерили длины волн света, испускаемого клетками, чтобы убедиться, что они соответствуют характерным значениям флавина. аутофлуоресценция. Стандартное магнитное оборудование может генерировать тепло, поэтому исследователи приняли всесторонние меры предосторожности и провели исчерпывающие контрольные измерения, чтобы убедиться, что единственным изменением в среде клеток было наличие или отсутствие магнитного поля.

«Моя цель, даже будучи аспирантом, всегда состояла в том, чтобы непосредственно увидеть эти радикальные парные эффекты в реальной биологической системе. Я думаю, это то, что нам только что удалось», — сказал Вудворд.

Клетки облучали синим светом и флуоресцировали в течение примерно 40 секунд. Исследователи воздействовали на клетки магнитным полем каждые четыре секунды и измеряли изменения интенсивности флуоресценции. Статистический анализ визуальных данных экспериментов показал, что флуоресценция клеток уменьшилась примерно на 3.5% каждый раз, когда магнитное поле проходило по клеткам.

Исследователи подозревают, что синий свет возбуждает молекулы флавина для образования радикальных пар. Наличие магнитного поля привело к тому, что большее количество радикальных пар имело одинаковые состояния электронного спина, а это означало, что было меньше молекул флавина, способных излучать свет. Таким образом, флуоресценция флавина клетки тускнела до исчезновения магнитного поля.

“Мы ничего не изменяли и не добавляли в эти ячейки.Мы думаем, что у нас есть чрезвычайно убедительные доказательства того, что мы наблюдали чисто квантово-механический процесс, влияющий на химическую активность на клеточном уровне», — заметил Вудворд.

Лабораторные эксперименты и реальная магниторецепция

Экспериментальные магнитные поля составляли 25 миллитесла, что примерно эквивалентно обычным магнитам холодильника. Магнитное поле Земли зависит от местоположения, но оценивается примерно в 50 микротесла, или в 500 раз слабее, чем магнитные поля, используемые в экспериментах.

Вудворд утверждает, что очень слабое магнитное поле Земли все еще может оказывать биологически важное влияние из-за явления, известного как эффект слабого поля. Хотя сильные магнитные поля затрудняют переключение радикальных пар между состояниями, в которых спины двух электронов одинаковы, и состояниями, в которых они различны, слабые магнитные поля могут иметь противоположный эффект и облегчать переключение, чем когда нет магнитного поля. поле.

В настоящее время авторы исследуют эффект в других типах клеток, потенциальную роль здоровья клеток и окружающей среды, а также тестируют магнитные рецепторы-кандидаты, включая криптохромы, непосредственно внутри клеток.Интерпретация любого потенциального экологического или физиологического значения результатов потребует разработки более специализированного и высокочувствительного оборудования для работы с гораздо более слабыми магнитными полями и более детального клеточного анализа, чтобы связать чувствительный к магнитному полю ответ со специфическими сигнальными путями или другими последствиями внутри клетки.

.