Влияние железного сердечника на магнитное поле: опыты с катушкой и электромагнитом

Влияние железного сердечника катушки на силу магнитного поля. Оборудование: 1) Катушка с вынимающимся железным сердечником. 2) Магнитная стрелка. 3) Аккумулятор.

Электромагнит, состоящий из одной катушки А без железного сердечника, располагают так, чтобы ось катушки была перпендикулярна к направлению магнитного меридиана (рис. 141). По катушке пропускают ток и ставят магнитную стрелку NS на таком расстоянии, на котором стрелка почти не отклоняется от своего нормального положения. Вводят в катушку железный сердечник и наблюдают значительное отклонение стрелки. Опыт показывает, что при введении железного сердечника магнитное поле усиливается.

Рис. 141. Простой прибор для обнаруживания влияния железного сердечника на силу магнитного поля

Следует испытать также и другие материалы, как парамагнитные, так и диамагнитные (пермаллой, никель и др.).

Влияние железного сердечника на силу притяжения. Оборудование: 1) Катушка с вынимающимся железным сердечником. 2) Мелкие гвозди. 3) Один-два элемента или аккумулятора.

Одно из отверстий в катушке электромагнита заклеивают толстой бумагой или картоном. Вынув из катушки сердечник, пропускают через неё ток от батареи и подносят заклеенный конец катушки к кучке железных опилок и мелких (сапожных) гвоздей. Опыт обнаружит, что катушка притянет и удержит весьма незначительное количество опилок; гвозди останутся непритянутыми. Вставив в катушку железный сердечник, демонстрируют, что она притягивает и удерживает целый пучок опилок и гвоздей.

Демонстрация притяжения электромагнитом мелких железных предметов. Оборудование и материалы: 1) Катушка с вынимающимся железным сердечником. 2) Железные опилки. 3) Мелкие гвозди или шурупы. 4) Два-три элемента или аккумулятора. 5) Выключатель. 6) Реостат.

Для демонстрации притяжения электромагнитом железных предметов лучше всего взять катушку прибора Томсона с длинным сплошным железным сердечником. Катушку через реостат и выключатель присоединяют к двум-трём аккумуляторам и пропускают через неё возможно более сильный ток, однако не вредный для аккумуляторов. Взяв коробку с опилками, высыпают опилки сверху с высоты на сердечник и получают картину, изображённую на рисунке 142.

Рис. 142. Демонстрация притяжения опилок сердечником

Интересно, что опилки дадут часть пространственного спектра прямого магнита. Ток выключают и убеждаются, что опилки отпадают, если сердечник сделан из мягкого железа. Опыт повторяют, бросая рукой на сердечник электромагнита мелкие гвозди или шурупы (l = 1-3 см) (рис. 143). При выключении тока гвозди отпадают.

Рис. 143. Демонстрация притяжения гвоздей сердечником

Опыт производит ещё большее впечатление на учащихся, если катушку закрепить на штативе так, чтобы сердечник оказался обращённым вниз.

Втягивание железного стержня катушкой. 1) Катушка. 2) Стержень из мягкого железа. 3) Пружина. 4) Штатив. 5) Два-три элемента или аккумулятора. 6) Реостат. 7) Амперметр.

Опыт обнаруживает, что катушка втягивает в себя железный стержень и притом тем сильнее, чем сильнее текущий в ней ток. Катушку для опыта можно взять любую, например от прибора для индукции (рис. 340), от разборного трансформатора и набора по электромагнетизму; в первом случае годится также и её железный сердечник. Для большей наглядности опыта следует изготовить специальную катушку (l = 20-25 см; d (внутр.) ≈ 1 см). Катушку обматывают изолированным проводником (d = 0,3—0,8 мм). Чем больше витков будет взято, тем меньшим по величине током можно пользоваться для демонстрации. Железный сердечник (l = 20-25 см) подбирают такого диаметра, чтобы он совершенно свободно входил в отверстие катушки. Его можно изготовить также из пучка железных проволок, заклеив их сверху бумагой.

Сердечник необходимо хорошо отжечь и снабдить с одного из концов ушком для подвешивания. Прибор собирают так, как это показано на рисунке 144, подвесив сердечник на стальной, не очень жёсткой пружине. Включая катушку в цепь батареи через амперметр и реостат, измеряют силу тока и наблюдают втягивание железного сердечника. Опыт выходит также при питании катушки переменным током из сети освещения. В этом случае катушка включается в цепь через ламповый реостат. Для увеличения силы тока ввертывают в реостат одну лампу за другой.

Рис. 144. Прибор для демонстрации втягивания катушкой железного сердечника

Возможно также укрепить на резиновой нитке гвоздь или кусок толстой железной проволоки, а обмотку нанести на стеклянную трубу или железный стержень поместить в пробирку, плавающую в стеклянном цилиндре, на который намотана обмотка.

Если воспользоваться рычагом, смонтировав установку по образцу рисунка 145, то учащимся можно выяснить не только принцип действия электроизмерительных приборов со втягивающимся сердечником, но и ознакомить с градуировкой прибора, нанося соответствующие отметки на шкале А для различных сил токов.

Рис. 145. Прибор для демонстрации принципа действия электромагнитных электроизмерителей

Рис. 146. Прибор для демонстрации втягивания катушкой железного сердечника

На рисунке 146 показан прибор, построенный для силуэтной (теневой) проекции (§ 22,3). При пропускании сильного тока (5— 10 а) железная пластинка Л, способная поворачиваться около точки О, втягивается в катушку. Прибор особенно ценен тем, что иллюстрирует принцип действия электромагнитных (Э) измерительных приборов (т. III).

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»