Fizica 8 Efectul magnetic al curentului electric

Efectul magnetic al curentului electric. Electromagneţi

Până în 1820 electricitatea şi magnetismul au fost două domenii ale fizicii strict separate. Însă experimentul celebru al fizicianului danez Hans Christian Oersted (1777-1851) a stabilit prima legătură între electricitate şi magnetism, demonstrând că în jurul unui conductor parcurs de curent electric apare un câmp magnetic. Astfel a luat naştere un nou domeniu al fizicii: electromagnetismul.

Ampère demonstrează proprietăţile magnetice ale unui solenoid.

Efectul magnetic al curentului electric constă în apariția unui câmp magnetic în jurul unui conductor parcurs de curent electric.

Experiment: Efectul magnetic al unui conductor liniar parcurs de curent electric

Materiale necesare:Baterie (de 4,5V sau de 9V), o sârmă de cupru sau aluminiu dezizolată şi busolă sau ac magnetic plutitor (un smartphone cu senzor magnetic şi o aplicaţie software de tip busolă sau ac magnetic).

Descrierea experimentului:

Lasă acul magnetic (ac magnetizat pe un magnet și pus pe o foiță de celofan pe apă) să se orienteze spre polii Pământului, până rămâne nemișcat.

Leagă capetele conductorului la polii bateriei și plimbă conductorul (prin care trece curent electric) pe deasupra acului magnetic, având grijă să nu-l atingi.

Ce observi ?

Conductorul prin care trece curent electric deviază acul magnetic de la direcţia N.G.-S.G. a Pământului.

Concluzia experimentului:În jurul conductorului parcurs de curent electric apare un câmp magnetic, care deviază ușor acul magnetic.

Experiment: Efectul magnetic al unei bobine parcursă de curent electric

Materiale necesare:

Carton (10cm. cu 5cm.), sârmă de cupru (1,5m.- 2m.) izolată sau dezizolată, baterie (4,5V sau 9V), bandă adezivă, busolă sau ac magnetic plutitor.

Descrierea experimentului:

Confecţionează un cilindru de carton cu diametrul de 2-3cm.

Înfăşoară sârma de cupru, spiră lângă spiră, pe toată lungimea tubului, în acelaşi sens şi scoate capetele sârmei prin interiorul tubului pentru a nu se desface înfăşurarea. Ai obținut o bobină prin înfășurarea conductorului de cupru pe un suport izolator.

Capetele conductorului acestei bobine le legi la bornele bateriei.

Cu un capăt al bobinei (parcursă de curent electric) te plimbi pe deasupra acului magnetic plutitor

Ce observi ?

Acul magnetic este deviat considerabil de la direcţia N.G - S.G. a Pământului de capătul bobinei.

Concluzia experimentului:

În jurul bobinei parcursă de curent electric apare un câmp magnetic astfel încât, bobina se comportă ca un magnet, având la cele două capete cei doi poli magnetici.

Capătul bobinei care se atrage cu N acului magnetic este polul sud al bobinei, iar capătul bobinei care se atrage cu S acului magnetic este polul nord al bobinei.

Inversând legarea bornelor bobinei la polii bateriei, polii magnetici ai săi se inversează și ei.

Experiment: Efectul magnetic al unui electromagnet

🔥 Atenție să nu te înțepi în ace sau cuie!

Materiale necesare: Materiale necesare: bobina de la experimentul anterior, cui sau şurub mai mare, obiecte mici de fier (cuie, ace, agrafe de birou), baterie.

Descrierea experimentului:

Introdu în mijlocul bobinei o bară de fier (cui, şurub) ale cărei capete să iasă în afara suportului bobinei. Ai obţinut un electromagnet. Electromagnetul se mai poate obţine şi prin înfăşurarea unei sârme de cupru sau aluminiu direct pe un cui sau şurub.

Leagă capetele bobinei la baterie;

Apropie miezul de fier al electromagnetului de o grămăjoară de cuie.

Ce observi ?

Miezul electromagnetului atrage obiectele de fier.

Concluzia experimentului:

Câmpul magnetic din jurul electromagnetului este mult mai intens decât cel din jurul unui conductor liniar sau bobine parcurse de curent electric.

Electromagnetul atrage obiecte de fier.

Aplicație: Priveşte cu atenţie imaginile ce urmează şi descoperă ce efect al curentului electric corespunde fiecăreia.

Câmpul magnetic este o formă a materiei, care se manifestă prin acțiunea asupra acului magnetic sau asupra conductoarelor parcurse de curent electric.

Pentru reprezentarea intuitivă a câmpului magnetic, la fel ca şi în cazul câmpului electric, se pot folosi linii de câmp, formând așa-numitul spectrul câmpului magnetic.

Spre deosebire de liniile câmpului electric, liniile câmpului magnetic sunt curbe închise.

Spectrul câmpului magnetic este diferit în funcție de forma magnetului sau de forma conductorului prin care trece curent electric.

Liniile de câmp magnetic ale unui magnet bară au sensul astfel încât intră în polul sud, traversează magnetul, ies din polul nord şi se închid în exteriorul magnetului.

Acest slide conține elemente vizuale fără text selectabil.

Liniile de câmp magnetic ale unui conductor liniar parcurs de curent sunt cercuri concentrice în jurul curentului şi sunt într-un plan perpendicular pe acesta.

Sensul lor poate fi determinat cu regula mâinii drepte: înfășurăm conductorul cu cele patru degete astfel încât degetul mare întins lateral să arate sensul sensul curentului electric ( de la plus la minus ) prin conductor.

Cele patru degete vor da sensul liniilor de câmp magnetic.

Câmpul magnetic produs de un curent electric depinde de intensitatea curentului electric, dar şi de sensul acestuia.

Liniile de câmp magnetic ale unei bobine ale cărei spire sunt străbătute de un curent electric este similară cu un magnet în formă de bară din punct de vedere al distribuţiei liniilor de câmp magnetic.

Sensul lor poate fi determinat cu regula mâinii drepte: înfășurăm bobina cu cele patru degete în sensul curentului electric (de la plus la minus), iar degetul mare întins lateral arată sensul liniilor de câmp magnetic.

Solenoidul parcurs de curent electric se comportă ca un magnet, având la capete cei doi poli magnetici, nord și sud.

Capătul solenoidului care atrage polul nord al acului, reprezintă polul sud al solenoidului.

Prin schimbarea sensului curentului prin bobină, se schimbă și polii magnetici ai acesteia.

Mărimea fizică vectorială care caracterizează un câmp magnetic din punct de vedere al intensității interacției sale cu conductor parcurs de curent electric aflat în acel câmp se numeşte inducţia câmpului magnetic (notată cu B)

În orice punct din câmp, inducția magnetică este un vector tangent la linia de câmp magnetic în planul acesteia și are sensul liniei de câmp.

Unitatea de măsură în SI este:

Forţa de atracţie exercitată de electromagnet asupra obiectelor de fier, depinde direct proporțional de câmpul magnetic produs de bobina electromagnetului parcursă de curent electric și , implicit, de inducția magnetică a acesteia.

Forţa de atracţie exercitată de electromagnet asupra obiectelor de fier este cu atât mai mare cu cât:

intensitatea curentului electric, prin spirele bobinei, este mai mare;

cu cât numărul de spire al bobinei este mai mare;

cu cât lungimea bobinei este mai mică;

cu cât aria secțiunii bobinei este mai mare;

forma miezului de fier: ea crește de la miezul de fier sub formă de bară, apoi potcoavă (U), fiind cea mai mare la miezul de fier închis.

unde B este inducţia câmpului magnetic produs de electromagnet, S este aria secţiunii bobinei electromagnetului, iar μ0 este permeabilitatea magnetică a vidului.

Aplicațiile electromagneților

1) Macaraua electromagnetică se folosește în industria metalurgică, la transportarea pieselor de fier și mai ales la încărcarea fierului vechi în cuptoarele de topit din cadrul fabricilor de oțeluri. Acestea sunt formate dintr-un electromagnet foarte puternic purtat de către o macara mecanică. Electromagnetul folosit are de obicei formă de clopot. Bobina lui are un număr de spire foarte mare, iar curentul ce trece prin electromagnetul macaralei are o intensitate mare.

2) Soneria electrică are ca părți principale:

Un electromagnet;

O lamă elastică din oțel cu un ciocănaș la capăt;

Clopotul de sonerie;

Un buton.

Iată cum funcționează soneria: dacă apăsăm butonul soneriei, trece curent prin bobina electromagnetului care atrage lamela de oțel (aliaj al fierului). Aceasta are la capăt un ciocănaș care lovește clopotul de sonerie producând un sunet.

3) Releul electromagnetic este un dispozitiv care comandă închiderea și deschiderea unui circuit de la distanță, ca un comutator, având un electromagnet care atrage o lamelă.

Releele electromagnetice sunt folosite printre altele la închiderea și deschiderea circuitelor de înaltă tensiune, la construcția interfoanelor, mai precis a yalelor electromagnetice de la ușa de la intrarea blocurilor, a macazurilor de cale ferată (tren, metrou sau tramvai) dar și la echipamentele de automatizări.