ЭЛЕКТРОМАГНИТ

Электромагнит - искусственный магнит, у которого магнитное поле возникает и концентрируется в ферромагнитном сердечнике вследствие прохождения по охватывающей его обмотке электрического тока. Область применения электромагнитов обширна. Их используют в электрических машинах и аппаратах, для подъема грузов, в устройствах автоматики, в медицине, в различного рода научных исследованиях...

Опыт демонстрирует способность электромагнита удерживать на себе груз. Магнит состоит из пары катушек, насаженных на стальной П-образный сердечник, снабженный штырем для крепления в штативе Катушки запитывают от источника постоянного тока напряжением до 20 В, способного выдавать ток до 1 А. Ярмом электромагнита служит небольшая стальная планка, снабженная крючком для подвешивания к нему груза (рис. 88).

Сначала показывают, что при отсутствии тока в катушках ярмо к сердечнику не притягивается. Однако при включении тока ярмо, будучи поднесенным к сердечнику, прилипает к нему. Последующим навешиванием на ярмо грузов демонстрируют подъемную силу электромагнита. При отключении же электропитания ярмо отрывается от сердечника и вместе с грузом падает вниз.

Демонстрация подъемной силы электромагнита

Рис. 88. Демонстрация подъемной силы электромагнита

Данный опыт можно рассматривать, как модель магнитного захвата для удерживания и перемещения стальных деталей, для погрузки «черного» металлолома.

ВИСМУТ И АЛЮМИНИЙ НА КОРОМЫСЛЕ

Значения магнитной восприимчивости как диамагнетиков, так и парамагнетиков относительно малы. Например, модуль восприимчивости висмута - вещества, в котором диамагнетизм проявляется наиболее сильно по сравнению с другими диамагнетиками, достигает всего лишь 176-10-6. Столь малая способность диамагнетиков намагничиваться сильно ограничивает возможности воспроизведения диамагнитных эффектов при публичных демонстрациях.

Величина восприимчивости парамагнетиков в целом больше, чем у диамагнетиков. Однако это не облегчает проведение опытов с ними. Дело в том, что мелкие и не закрепленные парамагнитные тела в неоднородном магнитном поле втягиваются в область его большей напряженности, то есть ведут себя так же, как ферромагнетики.

Поэтому присутствие в парамагнитном образце примеси какого-нибудь ферромагнетика, что бывает весьма часто, придает этому образцу повышенный магнитный момент. В результате бывает трудно установить, чем обусловлено движение образца в поле - его парамагнитными свойствами или присутствием в нем ферромагнетика. Это обстоятельство надо иметь в виду, поскольку на занятии нет возможности поставить контрольный опыт, в котором используемый образец проверялся бы на парамагнитную «чистоту».

Есть еще одно обстоятельство, способное исказить демонстрируемый эффект - это наведение в образце, как диамагнитном, так и парамагнитном, индукционных токов Фуко в момент изменения магнитного поля, что приводит к воздействию на образец амперовских сил.

Опытная установка состоит из двух равновесных, размером со спичечную коробку, образцов: висмута (диамагнетик) и алюминия (парамагнетик). Образцы приклеены к концам коромысла, изготовленного из полоски плексигласа. С помощью лески коромысло подвешивают в его центре к закрепленному в штативе штырю (рис. 89). Чтобы леска не закручивалась, в подвеске использован рыболовный карабин. Магнитное поле создают с помощью небольшого, но «сильного» постоянного магнита, установленного на отдельной стойке. В исходном состоянии подвешенное коромысло с образцами должно быть неподвижно, а магнит должен располагаться на одной с образцами высоте.

Медленно перемещая стойку, магнит приближают к висмутовому образцу на расстояние 3-5 мм. Так как поле магнита неоднородно, то находящийся в нем диамагнитный образец устремляется в область его наименьшей напряженности, то есть будет выталкиваться из поля, что выражается сначала едва заметным, а затем все более быстрым поворотом коромысла. По мере «убегания» висмутового образца от магнита, последний двигают вслед за образцом, тем самым подталкивая и ускоряя его движение.

Прежде чем показать вторую часть опыта, коромысло необходимо обездвижить. Затем магнит подводят к алюминиевому образцу также на расстояние 3-5 мм, причем сближение это должно быть радиальным, то есть вдоль прямой, соединяющей магнит и ось вращения коромысла. Вследствие притяжения алюминиевого образца к магниту коромысло придет во вращательное движение. По мере сближения образца с магнитом, последний надо плавно отводить от образца по ходу его движения, сохраняя между ними упомянутое расстояние.

Если же магнит подносить к алюминиевому образцу не радиально, а по касательной к траектории движения конца коромысла, то в образце будут индуцироваться вихревые токи Фуко. Эти токи, взаимодействуя с магнитом силой Ампера, могут привести к взаимному отталкиванию образца и магнита в соответствие с правилом Ленца, что поставит под сомнение результаты опыта и методическую ценность его демонстрации.

Демонстрация поведения диамагнетика и парамагнетика в неоднородном магнитном поле

Рис. 89. Демонстрация поведения диамагнетика и парамагнетика в неоднородном магнитном поле

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >