Спектр прямолинейного тока: материалы, эксперименты и методы закрепления

Спектр прямолинейного тока. Материалы и приспособления: 1) Толстый медный проводник (l = 40-50 см; d = 3-5 мм). 2) Лист клеёной фанеры или картона (30 см х 30 см). 3) Сито. 4) Железные опилки. 5) Источник сильного постоянного тока. 6) Реостат. 7) Рубильник. 8) Пять-шесть малых магнитных стрелок.

Положив проводник на лист белой бумаги, пропускают через проводник ток и посыпают железными опилками. Подняв проводник, обнаруживают, что опилки пристали к проводнику и отпадают при лёгком встряхивании после выключения тока. Для лучшей видимости проводник следует заранее окрасить белой краской или обмотать полоской бумаги или тесьмы.

Вновь положив проводник на стол, закрывают его листом возможно более тонкого картона и, включив ток, посыпают из сита опилками. Встряхнув ударом пальца картон, обнаруживают, что опилки расположены по прямым, перпендикулярным к длине проводника (рис. 119). Если при этом опыте были поставлены магнитные стрелки, то они расположатся указанным на рисунке образом.

Рис. 119. Магнитный спектр прямого тока в плоскости, параллельной проводнику

Затем проводник В ставят вертикально и укрепляют примерно на середине лист картона или фанеры так, чтобы последний лежал в горизонтальной плоскости (рис. 120 и 121). Очевидно, что в листе для продевания проводника надо предварительно сделать отверстие. Лист посыпают через сито опилками и, включив на мгновение ток, встряхивают ударами пальца до получения более или менее ясной картины магнитного поля.

Рис. 120. Прибор для получения спектра прямого тока

Рис. 121. Рама, обмотанная проводником, для получения спектра прямого тока

Для получения спектра необходим ток силой 15-25 а (рис. 122). Спектр лучше всего закрепить на парафинированной бумаге и затем передать для изучения учащимся. Для закрепления парафинированную бумагу, на которой получен спектр, прогревают сверху пламенем газовой горелки или куска ваты, пропитанной спиртом (рис. 123). Последнюю демонстрацию (рис. 122) и предыдущую (рис. 119) надо объединить, указав, что получаемые фигуры представляют собой проекции силовых линий на две взаимно-перпендикулярные плоскости.

Рис. 122. Магнитный спектр, прямого тока в плоскости, перпендикулярной к проводнику

Рис. 123. Закрепление спектра U-образного магнита

При невозможности получить такой сильный ток можно вместо одного проводника взять квадратную рамку А из 20-50 оборотов и пучок проводников считать за один провод (рис. 121). В этом случае можно обойтись током порядка 2-3 а. Спектр получают на фанерках, укреплённых на проводе с помощью деревянных насадок.

Опыт с вертикальным проводником повторяют, воткнув в лист пять-шесть иголок остриями вверх и надев на них возможно более маленькие стрелки (рис. 124). Включив ток (около 2-4 а), обнаруживают, что стрелки расположатся по окружности (рис. 125). Переменив направление тока, демонстрируют, что стрелки также будут лежать на окружности, но с противоположным расположением полюсов по сравнению с предыдущим случаем.

Рис. 124. При отсутствии тока в проводнике А магнитные стрелки параллельны

Рис. 125. При пропускании тока через проводник А стрелки располагаются по окружности

Полезно в цепь батареи ввести коммутатор для быстрой перемены направления тока. Опыт со стрелками надо предварительно наладить, расположив их на таком расстоянии от проводника, чтобы они оказывали друг на друга возможно меньшее влияние и были расположены почти параллельно. Но относить стрелки слишком далеко от проводника нельзя, так как в таком случае при включении тока они не будут располагаться по окружности.

Сведения об авторе и источнике:

Автор: Д. Д. Галанин, Е. Н. Горячкин, С. Н. Жарков, А. В. Павша, Д. И. Сахаров

Источник: Физический эксперимент в школе, том IV «Электричество»