ΦΥΣΙΚΗ Β΄ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΕΣ 8η

ΦΥΣΙΚΗ Β΄ ΓΥΜΝΑΣΙΟΥ ΑΣΚΗΣΗ 8η

ΗΛΕΚΤΡΟΜΑΓΝΗΤΙΣΜΟΣ

4) Αλληλεπίδραση μαγνητικών πεδίων ρευματοφόρων αγωγών ( πηνίων)

ΣΤΟΧΟΣ :

Βασικός στόχος σε όλα τα πειράματα είναι να δειχθεί ότι τα μαγνητικά φαινόμενα είναι αποτέλεσμα της κίνησης ηλεκτρικών φορτίων ( ηλεκτρικών ρευμάτων ) και επομένως το πρώτο βήμα για την ενοποίηση ηλεκτρισμού και μαγνητισμού.

ΟΡΓΑΝΑ – ΥΛΙΚΑ:

Ευθύγραμμος αγωγός μη μαγνητικού υλικού (π.χ. χαλκός – ορείχαλκος- αλουμίνιο )
Στηρίγματα αγωγού – Καλώδια σύνδεσης – Διακόπτης απλός ή μπουτόν – Μαγνητική βελόνα σε βάση – Τροφοδοτικό συνεχούς τάσης ( ή πολλαπλός μετασχηματιστής με ανορθωτή, ή μπαταρίες ) – Ροοστάτης – Αμπερόμετρο DC – Πηνίο 600 ή 1200 σπειρών – Ηλεκτρομαγνήτης ευθύγραμμος και πεταλοειδής – 2 Αιωρούμενα πηνία – Σωληνοειδές και ρινίσματα σιδήρου

1ο ΠΕΙΡΑΜΑ :
Πείραμα Oersted. Το ηλεκτρικό ρεύμα δημιουργεί μαγνητικό πεδίο.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ:Το πείραμα γίνεται στον Overhead για να βλέπουν το αποτέλεσμα όλοι οι μαθητές.

a. Τρυπώ ένα πώμα φελλού με μια ατσάλινη καρφίτσα και κατασκευάζουμε έτσι μια βάση χαμηλού ύψους για τη μαγνητική βελόνα.

b. Τοποθετώ τη μαγνητική βελόνα στο κέντρο της επιφάνειας προβολής του Overhead και την αφήνω να ισορροπήσει. Πάνω απ’ αυτή τοποθετώ τον ευθύγραμμο αγωγό παράλληλα με τη βελόνα. Σχηματίζω ένα κλειστό ηλεκτρικό κύκλωμα που περιλαμβάνει πηγή – διακόπτη – αμπερόμετρο- ροοστάτη- ευθύγραμμο αγωγό.

c. Κλείνω το κύκλωμα και παρατηρώ την απόκλιση της μαγνητικής βελόνας προς μια διεύθυνση ( κάθετη στον αγωγό). Με το ροοστάτη αυξάνω ή μειώνω την ένταση του ρεύματος και διαπιστώνω αντίστοιχα αύξηση ή μείωση της απόκλισης.

d. Αλλάζω τη σύνδεση στον αγωγό, ώστε να διαρρέεται από ρεύμα αντίθετης φοράς. Τι διαπιστώνω; Ανοίγω το κύκλωμα.

2ο ΠΕΙΡΑΜΑ:
Το πηνίο συμπεριφέρεται σαν ραβδόμορφος μαγνήτης

a. Συνδέω ,με διακόπτη, συνεχή τάση 2-4 Volt σε ένα πηνίο 600 ή 1200 σπειρών. Κοντά στο ένα άκρο πλησιάζω τη μαγνητική βελόνα, ώστε ο άξονας του πηνίου να είναι κάθετος στη διεύθυνση της μαγνητικής βελόνας.

b. Κλείνω το διακόπτη και ελέγχω τον προσανατολισμό της βελόνας.

c. Αλλάζω την πολικότητα της τάσης στο πηνίο και επαναλαμβάνω το πείραμα. Το άκρο του πηνίου άλλαξε μαγνητικό πόλο.

d. Στρέφω το πηνίο ώστε απέναντι από την μαγνητική βελόνα να βρεθεί το άλλο του άκρο. Τι παρατηρώ;

Αν η μαγνητική βελόνα είναι μικρή, στρέφω το πηνίο προς διάφορες διευθύνσεις και με τη μαγνητική βελόνα ελέγχω τη διεύθυνση και τη φορά του μαγνητικού πεδίου γύρω από αυτό.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Και το πείραμα αυτό μπορεί να γίνει στον Overhead

3ο ΠΕΙΡΑΜΑ:
Ηλεκτρομαγνήτες

Πειραματίζομαι με ευθύγραμμο ή πεταλοειδή ηλεκτρομαγνήτη και μαγνητισμένα ή αμαγνήτιστα υλικά για να διαπιστώσω ότι ο πυρήνας του ηλεκτρομαγνήτη αποκτά μαγνήτιση ως προς τιμή και διεύθυνση ανάλογα με την ένταση και φορά του ρεύματος που το διαρρέει.

4ο ΠΕΙΡΑΜΑ:
Ηλεκτρομαγνητική δύναμη Laplace

Σε ένα ορθοστάτη στηρίζω ένα «αιωρούμενο πηνίο» και , μέσω διακόπτη, το συνδέω σε πηγή συνεχούς τάσης 2- 4 Volt. Τοποθετώ στο τραπέζι ένα πεταλοειδή μαγνήτη με τον ένα πόλο να στηρίζεται και ο άλλος να είναι στον «αέρα». Ρυθμίζω το ύψος του πηνίου και τη θέση του μαγνήτη ώστε το κέντρο του πηνίου να βρεθεί μεταξύ των πόλων του μαγνήτη. Κλείνω το διακόπτη, οπότε το πηνίο δέχεται ισχυρή ώθηση σε περιοχή εκτός των πόλων. Αντιστρέφω το μαγνήτη και επαναλαμβάνω. Πώς συμπεριφέρεται το πηνίο;

5ο ΠΕΙΡΑΜΑ:
Εμφάνιση ελκτικών ή απωστικών δυνάμεων σε πηνία που διαρρέονται από συνεχές ηλεκτρικό ρεύμα.

Σε ένα ή δύο ορθοστάτες στηρίζω δύο αιωρούμενα πηνία ώστε να βρίσκεται το ένα απέναντι από το άλλο και σε απόσταση ~2cm. Συνδέω στη σειρά τα δύο πηνία και μέσω διακόπτη συνδέω με πηγή συνεχούς τάσης ~10V . Κλείνω το διακόπτη και παρατηρώ τη συμπεριφορά των πηνίων. Αλλάζω τη σύνδεση του ενός πηνίου, ώστε να διαρρέεται από ρεύμα αντίθετης φοράς σε σχέση με τα προηγούμενα.
Τελικά πώς συμπεριφέρονται τα δύο πηνία;

6ο ΠΕΙΡΑΜΑ:
Μαγνητικό φάσμα σωληνοειδούς ( ΗΛ.330 σύμφωνα με το νέο κατάλογο)

ΠΡΟΣΟΧΗ: Επειδή το πηνίο έχει λίγες και αραιές σπείρες απαιτείται ισχυρό ρεύμα για να σχηματιστεί μαγνητικό φάσμα, το οποίο δεν μπορούν να δώσουν τα συνήθη τροφοδοτικά ( Ιmax~5A) .
Απαιτείται πολλαπλός μετασχηματιστής 1000W και τάση 2V για ελάχιστο χρόνο.
Εναλλακτικά μπορώ να τροφοδοτήσω το πηνίο με συστοιχία 4 ή 5 μπαταριών των 4,5V, τις οποίες έχω συνδέσει παράλληλα

ΕΚΤΕΛΕΣΗ: Με τη χρήση μπαταριών.

Σταθεροποιώ σε χαμηλό ορθοστάτη το πηνίο και μέσω διακόπτη μπουτόν και αμπερομέτρου DC 0-40A συνδέω την πηγή. «Ραντίζω» την διαφανή επιφάνεια στήριξης του πηνίου με ρινίσματα σιδήρου και πατώ για πολύ λίγο το διακόπτη. Επαναλαμβάνω , αν απαιτείται, με ταυτόχρονο ελαφρό χτύπημα του πλαστικού για καλύτερη διάταξη των ρινισμάτων. Όταν τελειώσει το πείραμα μαζεύω τα ρινίσματα σε ένα φύλλο χαρτί και τα επιστρέφω στο φιαλίδιο.

ΕΚΤΕΛΕΣΗ: Με τη χρήση του μετασχηματιστή

Χρησιμοποιώ τάση 2 ή 4V με το διακόπτη μπουτόν, χωρίς αμπερόμετρο, και επαναλαμβάνω ότι και παραπάνω.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Το πείραμα μπορεί να γίνει στον Overhead