Gliwice, 21.05.2013 r.

Wydział Elektryczny

Politechnika Śląska

Temat:

Doświadczenia z fizyki- pole

magnetyczne

Wykonała:

Macha Daria

Rok akademicki: 2012/2013
Kierunek: Elektrotechnika

sem. II
grupa I

Doświadczenie 1. Oddziaływanie magnesów

W celu wykonania doświadczenia użyto dwóch magnesów w kształcie pierścienia. Doświadczenie
pozwoliło na zaobserwowanie zjawiska przyciągania i odpychania magnesów wyniku działania
pola magnetycznego wytwarzanego przez oba magnesy.
Magnesy przyciągają się lub odpychają, w zależności od tego, którymi końcami je do siebie
zbliżymy. Zakładamy oznaczenie biegunów magnesów N (biegun północny, na ruzunku oznaczony
kolorem niebieskim) oraz S (biegun południowy, na rysunku oznaczony kolorem czerwonym).
Dzięki temu oznaczeniu łatwo można stwierdzić, że po zbliżeniu do siebie magnesów biegunami
jednoimiennymi (N-N lub S-S) magnesy w wyniku wytwarzanego przez siebie pola
magnetycznego odpychają się, wynika to z działania linii sił pola, które w tym wyopadku są
kierowane do siebie przeciwnie.

Rysunek 1. Zbliżenie się do siebie maganesów biegiunami jednoimiennymi (N-N). Działanie sił odpychających.

Rysunek 2. Zbliżenie się do siebie maganesów biegiunami jednoimiennymi (S-S). Działanie sił odpychających.

W przypadku zbliżenia do siebie magnesów biegunami różnoimiennymi (S-N) dochodzi do
przyciągania obu magnewów, które również wynika z wytwarzanego przez magnesy pola
magnetycznego, w ktorym linie sił pola skierowane są od N do S powodując tym samym
przyciąganie.

Rysunek 3. Zbliżenie się do siebie maganesów biegiunami różnoimiennymi (od N do S). Działanie sił przyciągających.

Oddziaływanie maganesów pozwala w prosty sposób zilustrować pole magnetyczne, które można
określić jako właściwośćo przestrzeni polegająca na działaniu sił magnetycznych na umieszczone w
niej magnesy.

Doświadczenie 2. Linie sił pola magnetycznego (opiłki żelaza oraz magnes sztabkowy)

W celu wykonania doświadczenia użyto magnsu sztabkowego oraz opiłek żelaza. Doświadczenie
pozwoliło na zobrazowanie kształtu pola magnetycznego.
Szybkę, pod którą został umieszczony magnes sztabkowy, obsypano drobnymi opiłkami żelaza. W
bardzo krótkim czasie opiłki w pobliżu źródła pola magnetycznego, jakim jest magnes, ustawiły się
wzdłuż lini sił pola. Linie te wychodzą z jednego końca, a kończą sie w drugim.Przyjęło się
oznaczać kierunek linii od bieguna północnego do bieguna południowego, całe zjawisko obrazuje
rysunek.

Rysunek 4. Zobrazowanie lini sił pola magnetycznego na przykładzie magnesu sztabkowego, linie sił pola wychodzą

od bieguna N do S.

Doświadczenie to wykonano również z użyciem magnesu podkowiastego. Analogicznie ja w
przypadku magnesu sztabkowego, opiłki znajdujące się na szybce ułożyły sie wzdłuz lini pola
magnetycznego. Zauważalny jest fakt, że wewnątrz magesu mamy doczynienia z polem
jednorodnym w postaci lini porostych, a wraz ze zbliżaniem się do końców magnesu linie te tworza
półokręgi, a linie sił pola zawsze zwrócone są do bieguna N do S.

Rysunek 4. Zobrazowanie lini sił pola magnetycznego na przykładzie magnesu podkowiastego, linie sił pola wychodzą

od bieguna N do S.

Z przeprowadzonych doświadczeń można wyciągnąć bardzo ważne wnioski. Pierwszym nich jest
fakt, że linie pola magnetycznego są zawsze zamknięte. Gdyby porównać pole magnetyczne i
elektrostatyczne, to można powiedzieć, że nigdy nie zajdzie możliwość w przypadku pola
magnetycznego, aby wystąpiły takie linie pola wytwarzanego przez ładunek punktowy, jak w
elektrostatyce, gdyż nie istnieją pojedyncze ładunki magnetyczne. Magnes zawsze ma dwa
bieguny, nawet w wyniku jedo przełamania, zawsze otrzymamy magnesy dwubiegunowe.

Doświadczenie 3. Siła magnetyczna między dwoma równoległymi przewodami
(doświadczenie Ampere'a)

W celu wykonania doświadczenia użyto dwóch foli aluminiowych umieszczonych na statywie,
zawieszonych do siebie równolegle, do których podłączono zasilacz niskiego napięcia. Głównym
celem, jaki przyświecał temu doświadczeniu było badanie oddziaływania między przewodami,
przez które przepływa prąd elektryczny.

Rysunek 5. Dwie podłużne folie aluminiowe, w odległości r, znajdują się pod wpływem prądu , płynącego w kierunku

antyrównoległym, wytwarzają pole magnetyczne, co powoduje powstnie sił odpychających się wzajemnie

Rysunek 6. Wytwarzane pole magnetyczne przez paski, w których płynie prąd w przeciwnych kierunkach

Paski poli aluminiowej o długości 1 metra zostały zamocowane w taki sposób, że wiszą względem
siebie równolegle. W przeprowadzonym doświadczeniu paski służyły jako część obwodu
elektrycznego, przez który przepływał prąd. Ważnym faktem wynikającym z oddziaływaniem na
siebie dwóch użytych przez nas pasków aluminiowych jest fakt, iż oba te paski oddziaływują na
siebie siłą elektrodynamiczną, ponieważ każdy z nich znajduje się w polu magnetycznym drugiego
w momencie, kiedy płynie przez nie prąd. Kierunek przepływu prądu był antyrównoległy, gdy
prądy w paskach płynęły w przeciwnych kierunkach, dochodziło wtedy do odpychania się pasków
foli aluminiowej. Dlatego można wnioskować, że w wyniku przepływu prądu przez paski, powstaje
pole magnetyczne, a między paskami zaczynają działać magnetyczne siły odpychające.

W przypadku magnesów odpychanie następowało, w momencie, gdy zbliżono je do siebie
biegunami jednoimiennymi, podobnie jest w przypadku przewodnika z prądem. Taśmy foli
odpychały się, ponieważ powstające pola magnetyczne były zwrócone tymi samymi biegunami.
Łatwo to stwierdzić, posługując sie reguła prawej dłoni.

Wartość siły magnetycznej, która odpychała oba paski, można obliczyć przy zastosowaniu prawa
Ampere'a, które pozwoli na oblicznie wartości indukcji magnetycznej.

I

2

r

I

1

F

1

F

2

Załóżmy ze paski o długości l= 1 m znajdowały się w odległości r=10 cm, a przepływający przez
nie prąd miał wartość I=10 A. Wartość indukcji magnetycznej obliczono ze wzoru:

B=

µ

o

⋅

I

2⋅π⋅r

=

4 π⋅10

−

7

⋅

10

2⋅π⋅0,01

=

2⋅10

−

4

T

gdzie:

µ

o

– przenikalność magnetyczna, stała wartość 4 π⋅10

−

7

H

m

I- prąd, A
r- odległość między paskami, m
Siłę magnetyczna, ktora działa na pasek obliczono ze wzoru:

F =I⋅B⋅l=10⋅2⋅10

−

4

⋅

1=2⋅10

−

3

N

gdzie:
I-prąd, A
B- indukcja magnetyczna, T
l- długość paska, m

Analogicznie postępujemy w przypadku, gdy postawjące pole magnetyczne będzie zwrócone do
siebie przeciwnymi biegunami. Następuje wtedy reakcja przeciwna, ponieważ oba paski się
przyciągają, co sugeruje, że prąd przez nie przepływający płynie w tym samym kierunku.

Rysunek 7. Dwie podłużne folie aluminiowe, w odległości r, znajdują się pod wpływem prądu , płynącego w tych

samym kierunku, wytwarzają pole magnetyczne, co powoduje powstnie sił przyciągających się wzajemnie

Rysunek 8. Wytwarzane pole magnetyczne przez paski, w których płynie prąd w tym samym kierunku.

I

2

I

1

F

1

F

2

r

Doświadczenie 4. Doświadczenie Oersteda

W celu wykonania doświadczenia użyto igły magnetycznej oraz przewodnika, przez którego
przepływał prąd. Głownym celem doświadczenia było wykazanie istnienia pola magnetycznego
wokół przewodnika z prądem.
Do przewodnika przez którego przepływał prąd ustawiono równolegle iglę magnetyczną. W
wyniku przepływu prądu przez przewodnik igła magnetyczna odchyliła się. Odchylenie igły
magnetycznej w momencie przepływu prądu świadczy o istnieniu pola magnetycznego wokół
przewodnika. Oznacza to, że wokół przewodnika z prądem powstają wiry. Wiry pola
magnetycznego wystepują, w momencie przepływu prądu elektrycznego przez przewodnik. Linie
tego pola wokół prostoliniowego przewodnika z prądem mają kształt współśrodkowych okręgów,
których środek jest zgodny ze środkiem przewodnika.
Igła magnetyczna odchyliła się od takiego kąta, aby znaleźć się w położeniu prostopadłym do
przewodnika. Kierunek jaki wskazuje igła magnetyczna będzie się zmieniał w zależności od
kierunku przepływu prądu przez przewodnik.

Rysunek 9. Doświadczenie Oersteda

Doświadczenie pozwoliło stwierdzić, że w wyniku przepływu prądu przez dany przewodnik
wytwarza się wirowe pole magnetyczne powodujące odchylenie igły magnetycznej.

Doświadczenie 5. Pole magnetyczne wewnątrz solenoidu

W celu wykonania doświadczenia użyto solenoidu, do którego został podpięty zasilacz prądu
stałego. Celem doświadczenie bylo wykazanie istnienia pola magnetycznego wewnątrz solenoidu.
Solenoid podłączony do napięcia, nakryty szklaną szybko, został obsypany opiłkami żelaza.
Przepływający przez solenoid prąd wywołuje powstanie pola magnetycznego, w wyniku którego
opiłki ustawiają sie wzdłuż wytwarzanych lini tego pola. Jako, że solenoid jest cewką powietrzną o
jednej warstwie uzwojenia, wytwarzane przez niego pole magnetyczne jest jednorodne.

Rysunek 9. Rysunek ilustrujcy linie pola magnetycznego

Można stwierdzić, że pole magnetyczne powstające wewnątrz i wokół solenoidu jest podobne do
pola magnetycznego magnesu sztabkowego. Zgodnie z założeniami wczesniejszymi, jeden z
końców cewki jest biegunem N a drugi S. Kierunek lini pola magnetycznego w przypadku
solenoidu jest taki sam jak w przypadku magnesów, od N do S. Pole wewnątrz (idealnej, tj.
nieskończenie długiej) cewki zależy wyłącznie od natężenia prądu I i od ilości zwojów n na
jednostkę długości. Indukcja magnetyczna powstająca w wyniku istnienia pola magnetycznego
określona jest wzorem:

Trzeba również wiedzieć, że pole wytwarzane wewnątrz solenoidu jest niezależne od wielkości
geometrycznych takich jak jej długość czy promień.

B=µ

o

⋅

I⋅n