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