Przewodnik z prądem jako źródło pola
W tej lekcji1/11
Kopenhaga, wiosna 1820 roku. Hans Christian Oersted prowadzi wykład, a na stole obok przewodu leży kompas — zwykły, przypadkowo zostawiony. Oersted zamyka obwód i igła kompasu nagle skręca w bok. Otwiera obwód — igła spokojnie wraca na miejsce. Przez dwa tysiące lat ludzie byli pewni, że elektryczność to jedno, a magnetyzm zupełnie co innego. Ta drgająca igła obaliła to w kilka sekund.
Doświadczenie Oersteda — prąd budzi magnetyzm
Doświadczenie Oersteda jest tak proste, że powtórzysz je na lekcji:
Wniosek Oersteda
Wokół każdego przewodnika, przez który płynie prąd, powstaje pole magnetyczne.
Linie pola wokół przewodnika to okręgi
Wokół magnesu sztabkowego linie pola biegły od bieguna do bieguna . Tutaj wygląda to zupełnie inaczej.
Zwrot pola zależy od kierunku prądu
Odwróć bieguny baterii, a prąd popłynie w przeciwną stronę i igła odchyli się w drugą stronę, o tyle samo stopni. To najprostszy sposób sprawdzenia, w którą stronę płynie prąd — wystarczy igła, żadnego miernika.
Jak silne jest to pole?
- 1
Przez prosty przewodnik płynie prąd 1 A. W odległości jednego centymetra od drutu pole ma wartość rzędu 20 mikrotesli.
- 2
Zestawmy to z polem magnetycznym Ziemi przy powierzchni. Pole naszego drutu jest od ziemskiego SŁABSZE.
- 3
Punkt B leży dwa razy dalej od drutu niż A — i okręgi biegną tam rzadziej Odsuń igłę na dwa razy większą odległość, a pole zmaleje mniej więcej dwukrotnie.
- 4
Dlatego przy przewodzie ładowarki igła ledwo drgnie: prąd jest mały, a odległość duża. Takie pole odchyli lekką igłę, ale spinacza nie podniesie — żeby dostać coś mocniejszego, trzeba drut zwinąć w zwojnicę. To temat następnej lekcji.
Wszystkie 4 kroków odsłonięte.
Przewodnik leży nad igłą magnetyczną. Zamykasz obwód i igła odchyla się w lewo. Teraz przekładasz przewody na baterii, czyli odwracasz jej bieguny, i znów zamykasz obwód. W którą stronę odchyli się igła?
Pułapka! Przewodnik wcale nie musi być magnetyczny
Najczęstsze nieporozumienie w tym temacie: żeby wokół przewodnika powstało pole magnetyczne, przewodnik musi być z materiału magnetycznego. To nieprawda.
Pułapka! Bez prądu nie ma pola
Źródłem pola magnetycznego jest ruch ładunków elektrycznych, a nie materiał przewodnika. Każdy poruszający się ładunek wytwarza wokół siebie pole — czy płynie w miedzi, w wodzie słonej, czy w gazie w świetlówce.
Stąd druga połowa tej samej reguły: przewodnik bez prądu nie wytwarza pola. Drut z przerwanym obwodem jest dla igły zwykłym kawałkiem metalu.
Igła magnetyczna leży NAD prostym przewodnikiem i po włączeniu prądu odchyla się w prawo. Nie zmieniasz baterii ani kierunku prądu — przekładasz tylko przewodnik tak, żeby igła znalazła się POD nim. W którą stronę odchyli się teraz igła?
Ściąga do zapamiętania
Co pokazało doświadczenie Oersteda i jak wygląda pole wokół przewodnika z prądem?
Doświadczenie Oersteda z roku: igła kompasu leżąca obok przewodnika odchyla się, gdy popłynie prąd, i wraca po przerwaniu obwodu. Wniosek: wokół każdego przewodnika z prądem powstaje pole magnetyczne, a elektryczność i magnetyzm to jedno zjawisko — elektromagnetyzm.
• Linie tego pola to okręgi otaczające przewodnik; nie ma tu biegunów i .
• Pole słabnie z odległością, a jego zwrot zależy od kierunku prądu — po odwróceniu biegunów baterii igła odchyla się w drugą stronę. Igła POD przewodnikiem odchyla się przeciwnie niż NAD nim, bo to dwie strony tego samego okręgu.
• Pole jednego cienkiego drutu jest słabe: przy A i cm to około T, czyli mniej niż pole Ziemi.
• Pułapka: źródłem pola jest ruch ładunków, a nie materiał przewodnika. Miedzi magnes nie przyciąga, ale miedziany drut z prądem wytwarza pole. Bez prądu pola nie ma.
Sprawdź się!
Odpowiedziano na 0 z 5 pytańSkróty klawiszowe quizu: klawisze od 1 do 4 wybierają odpowiedź, Enter sprawdza, a po sprawdzeniu przechodzi do następnego pytania. Każdy przycisk możesz też wybrać Tabem i Spacją.
Co zaobserwował Oersted, gdy zamknął obwód z przewodnikiem leżącym nad igłą magnetyczną?
Jaki kształt mają linie pola magnetycznego wokół prostego przewodnika z prądem?
Uczeń twierdzi, że miedziany przewodnik nie może wytworzyć pola magnetycznego, bo magnes nie przyciąga miedzi. Gdzie tkwi błąd?
W obwodzie z doświadczenia Oersteda odwracamy bieguny baterii. Co stanie się z igłą magnetyczną?
Igła kompasu leży 1 cm od przewodnika z prądem i wyraźnie się odchyla. Odsuwasz ją na 20 cm. Co się stanie?