Przewodnik z prądem jako źródło pola

około 12 minut
W tej lekcji1/11

Kopenhaga, wiosna 1820 roku. Hans Christian Oersted prowadzi wykład, a na stole obok przewodu leży kompas — zwykły, przypadkowo zostawiony. Oersted zamyka obwód i igła kompasu nagle skręca w bok. Otwiera obwód — igła spokojnie wraca na miejsce. Przez dwa tysiące lat ludzie byli pewni, że elektryczność to jedno, a magnetyzm zupełnie co innego. Ta drgająca igła obaliła to w kilka sekund.

Doświadczenie Oersteda — prąd budzi magnetyzm

Doświadczenie Oersteda jest tak proste, że powtórzysz je na lekcji:

1,5 Vwyłącznikżarówka kontrolna
Obwód doświadczenia Oersteda: dopiero zamknięcie wyłącznika puszcza prąd w przewodzie

Wniosek Oersteda

Wokół każdego przewodnika, przez który płynie prąd, powstaje pole magnetyczne.

Linie pola wokół przewodnika to okręgi

Wokół magnesu sztabkowego linie pola biegły od bieguna NN do bieguna SS. Tutaj wygląda to zupełnie inaczej.

Zwrot pola zależy od kierunku prądu

Odwróć bieguny baterii, a prąd popłynie w przeciwną stronę i igła odchyli się w drugą stronę, o tyle samo stopni. To najprostszy sposób sprawdzenia, w którą stronę płynie prąd — wystarczy igła, żadnego miernika.

Jak silne jest to pole?

  1. 1

    Przez prosty przewodnik płynie prąd 1 A. W odległości jednego centymetra od drutu pole ma wartość rzędu 20 mikrotesli.

    I=1 A,r=1 cm,B20 μTI = 1\text{ A},\quad r = 1\text{ cm},\quad B \approx 20\ \mu\text{T}
  2. 2

    Zestawmy to z polem magnetycznym Ziemi przy powierzchni. Pole naszego drutu jest od ziemskiego SŁABSZE.

    20 μT<50 μT20\ \mu\text{T} < 50\ \mu\text{T}
  3. 3

    Odsuń igłę na dwa razy większą odległość, a pole zmaleje mniej więcej dwukrotnie.

    r=2 cm    B10 μTr = 2\text{ cm} \;\Rightarrow\; B \approx 10\ \mu\text{T}
  4. 4

    Dlatego przy przewodzie ładowarki igła ledwo drgnie: prąd jest mały, a odległość duża. Takie pole odchyli lekką igłę, ale spinacza nie podniesie — żeby dostać coś mocniejszego, trzeba drut zwinąć w zwojnicę. To temat następnej lekcji.

Wszystkie kroki za Tobą!

Wszystkie 4 kroków odsłonięte.

Twoja kolej

Przewodnik leży nad igłą magnetyczną. Zamykasz obwód i igła odchyla się w lewo. Teraz przekładasz przewody na baterii, czyli odwracasz jej bieguny, i znów zamykasz obwód. W którą stronę odchyli się igła?

Pułapka! Przewodnik wcale nie musi być magnetyczny

Najczęstsze nieporozumienie w tym temacie: żeby wokół przewodnika powstało pole magnetyczne, przewodnik musi być z materiału magnetycznego. To nieprawda.

Pułapka! Bez prądu nie ma pola

Źródłem pola magnetycznego jest ruch ładunków elektrycznych, a nie materiał przewodnika. Każdy poruszający się ładunek wytwarza wokół siebie pole — czy płynie w miedzi, w wodzie słonej, czy w gazie w świetlówce.

Stąd druga połowa tej samej reguły: przewodnik bez prądu nie wytwarza pola. Drut z przerwanym obwodem jest dla igły zwykłym kawałkiem metalu.

Twoja kolej

Igła magnetyczna leży NAD prostym przewodnikiem i po włączeniu prądu odchyla się w prawo. Nie zmieniasz baterii ani kierunku prądu — przekładasz tylko przewodnik tak, żeby igła znalazła się POD nim. W którą stronę odchyli się teraz igła?

Ściąga do zapamiętania

Co pokazało doświadczenie Oersteda i jak wygląda pole wokół przewodnika z prądem?

Doświadczenie Oersteda z 18201820 roku: igła kompasu leżąca obok przewodnika odchyla się, gdy popłynie prąd, i wraca po przerwaniu obwodu. Wniosek: wokół każdego przewodnika z prądem powstaje pole magnetyczne, a elektryczność i magnetyzm to jedno zjawisko — elektromagnetyzm.
• Linie tego pola to okręgi otaczające przewodnik; nie ma tu biegunów NN i SS.
• Pole słabnie z odległością, a jego zwrot zależy od kierunku prądu — po odwróceniu biegunów baterii igła odchyla się w drugą stronę. Igła POD przewodnikiem odchyla się przeciwnie niż NAD nim, bo to dwie strony tego samego okręgu.
• Pole jednego cienkiego drutu jest słabe: przy 11 A i 11 cm to około 20 μ20\ \muT, czyli mniej niż pole Ziemi.
• Pułapka: źródłem pola jest ruch ładunków, a nie materiał przewodnika. Miedzi magnes nie przyciąga, ale miedziany drut z prądem wytwarza pole. Bez prądu pola nie ma.

Sprawdź się!

Odpowiedziano na 0 z 5 pytań

Skróty klawiszowe quizu: klawisze od 1 do 4 wybierają odpowiedź, Enter sprawdza, a po sprawdzeniu przechodzi do następnego pytania. Każdy przycisk możesz też wybrać Tabem i Spacją.

1

Co zaobserwował Oersted, gdy zamknął obwód z przewodnikiem leżącym nad igłą magnetyczną?

2

Jaki kształt mają linie pola magnetycznego wokół prostego przewodnika z prądem?

3

Uczeń twierdzi, że miedziany przewodnik nie może wytworzyć pola magnetycznego, bo magnes nie przyciąga miedzi. Gdzie tkwi błąd?

4

W obwodzie z doświadczenia Oersteda odwracamy bieguny baterii. Co stanie się z igłą magnetyczną?

5

Igła kompasu leży 1 cm od przewodnika z prądem i wyraźnie się odchyla. Odsuwasz ją na 20 cm. Co się stanie?

Następny temat
Elektromagnes