Глава 3. Электромагнитные явления. § 53. Магнитное поле катушки с током. Электромагниты и их применение — с. 195
§ 53. Вопрос 1. Как показать, что магнитное поле катушки с током подобно магнитному полю полосового магнита?
Нужно сравнить действие катушки с током и полосового магнита на одни и те же тела.
1) Железные опилки. Подносим катушку с током к железным опилкам: они притягиваются в основном к её концам, как и к полюсам полосового магнита, а к середине почти не притягиваются. При отключении тока опилки отпадают.
2) Форма линий. Если катушку положить на лист картона с насыпанными опилками (или расставить вокруг неё магнитные стрелки), опилки выстроятся в линии: внутри катушки они почти параллельны, а снаружи искривляются и замыкаются от одного конца катушки к другому. Точно такой же вид имеет картина линий поля у полосового магнита.
3) Полюсы. Подвешенная на тонких проводниках катушка с током поворачивается и устанавливается, как магнитная стрелка, вдоль линии север — юг; значит, у неё, как у магнита, есть северный и южный полюсы на торцах. Магнитная стрелка, поднесённая к катушке, поворачивается к ней одним концом, а при перемене направления тока разворачивается.
4) Взаимодействие. Две катушки с током, а также катушка и магнит притягиваются разноимёнными и отталкиваются одноимёнными полюсами, как два магнита.
Вывод: магнитное поле катушки с током подобно полю полосового магнита.
1) Железные опилки. Подносим катушку с током к железным опилкам: они притягиваются в основном к её концам, как и к полюсам полосового магнита, а к середине почти не притягиваются. При отключении тока опилки отпадают.
2) Форма линий. Если катушку положить на лист картона с насыпанными опилками (или расставить вокруг неё магнитные стрелки), опилки выстроятся в линии: внутри катушки они почти параллельны, а снаружи искривляются и замыкаются от одного конца катушки к другому. Точно такой же вид имеет картина линий поля у полосового магнита.
3) Полюсы. Подвешенная на тонких проводниках катушка с током поворачивается и устанавливается, как магнитная стрелка, вдоль линии север — юг; значит, у неё, как у магнита, есть северный и южный полюсы на торцах. Магнитная стрелка, поднесённая к катушке, поворачивается к ней одним концом, а при перемене направления тока разворачивается.
4) Взаимодействие. Две катушки с током, а также катушка и магнит притягиваются разноимёнными и отталкиваются одноимёнными полюсами, как два магнита.
Вывод: магнитное поле катушки с током подобно полю полосового магнита.
§ 53. Вопрос 2. Сформулируйте правило правой руки.
Правило правой руки для катушки (соленоида): если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены по направлению тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида, то есть к северному полюсу катушки. На рисунке ток в передних частях витков идёт сверху вниз, четыре пальца правой руки направлены так же, а большой палец указывает вправо: на правом конце катушки северный полюс N, на левом конце южный S. Правило можно использовать и в обратную сторону: по расположению полюсов катушки (линии поля выходят из N) определяют направление тока в витках.
§ 53. Вопрос 3. Перечислите способы, которыми можно усилить магнитное действие катушки с током.
Магнитное действие катушки с током усиливают тремя способами.
1) Увеличивают число витков катушки: при одной и той же силе тока катушка с большим числом витков притягивает больше железных опилок, чем катушка с меньшим числом витков.
2) Увеличивают силу тока в катушке, например, уменьшая сопротивление реостата в цепи или увеличивая напряжение источника: при увеличении силы тока действие поля усиливается, при уменьшении ослабляется.
3) Вставляют в катушку железный стержень (сердечник): катушка с сердечником действует сильнее, чем та же катушка без сердечника, потому что железо само намагничивается в поле катушки и добавляет своё поле.
1) Увеличивают число витков катушки: при одной и той же силе тока катушка с большим числом витков притягивает больше железных опилок, чем катушка с меньшим числом витков.
2) Увеличивают силу тока в катушке, например, уменьшая сопротивление реостата в цепи или увеличивая напряжение источника: при увеличении силы тока действие поля усиливается, при уменьшении ослабляется.
3) Вставляют в катушку железный стержень (сердечник): катушка с сердечником действует сильнее, чем та же катушка без сердечника, потому что железо само намагничивается в поле катушки и добавляет своё поле.
§ 53. Вопрос 4. Что называют электромагнитом?
Электромагнитом называют катушку с железным сердечником внутри. Когда по виткам катушки течёт ток, сердечник намагничивается, и электромагнит притягивает железные предметы; при выключении тока его магнитное действие почти полностью исчезает. Магнитное действие электромагнита регулируют силой тока и числом витков, а полюсы определяют по правилу правой руки; при изменении направления тока полюсы меняются местами.
§ 53. Вопрос 5. Для каких целей используют на заводах электромагниты?
Электромагниты с большой подъёмной силой используют на заводах для переноски тяжёлых стальных или чугунных изделий, стружки, слитков: электромагнит, подвешенный на кране, подводят к грузу и включают ток, груз притягивается; на нужном месте ток выключают, и груз отпадает. Электромагниты применяют также в магнитных сепараторах для очистки зерна, стекла, пластмассы, древесины и других материалов от примесей, содержащих железо, а также при переработке бытовых отходов для отделения металлических предметов. Удобство электромагнита в том, что им легко управлять: достаточно замкнуть или разомкнуть цепь, а изменением силы тока можно регулировать его действие.
§ 53. Вопрос 6. Как устроен магнитный сепаратор для зерна?
Магнитный сепаратор для зерна (рис. 138) состоит из бункера, вращающегося барабана и неподвижного электромагнита, расположенного внутри барабана. Зёрна злаков гладкие, а семена сорняков шероховатые, поэтому к семенам сорняков прилипают частички магнитного порошка, добавленного в смесь. Смесь высыпают из бункера на вращающийся барабан. Семена сорняков с порошком притягиваются электромагнитом к барабану и увлекаются его вращением, а гладкие зёрна злаков, не имеющие магнитных частиц, соскальзывают и падают в одну ёмкость. Когда барабан поворачивается и семена сорняков вместе с порошком выходят из зоны действия электромагнита, они отпадают и попадают в другую ёмкость. Так зерно полезных культур очищают от ненужных примесей.