Домашнее задание, страница 121 - гдз по физике 8 класс учебник Исаченкова, Громыко

Возьмите несколько железных гвоздей, кусок железного провода, ис-точник тока (батарейку), скрепки. Изготовьте электромагнит. Опишите его действие. Определите его подъемную силу.

Изготовление электромагнита

Для изготовления простейшего электромагнита в домашних условиях необходимо выполнить следующие шаги:

1. Возьмите большой железный гвоздь (длиной 8-10 см). Он будет служить сердечником, который усилит магнитное поле.
2. Возьмите кусок провода в изоляции. В задании указан железный провод, но для лучшего результата и меньшего нагрева рекомендуется использовать медный. Оставив с каждой стороны свободные концы по 5-10 см для подключения, начните плотно, виток к витку, наматывать провод на гвоздь. Чем больше витков вы сделаете, тем сильнее будет электромагнит.
3. Аккуратно зачистите концы провода от изоляции с помощью ножа или наждачной бумаги.
4. Подключите зачищенные концы провода к полюсам источника тока (например, к "плюсу" и "минусу" батарейки). Электромагнит готов к работе.

Внимание: При подключении к батарейке катушка и сама батарейка могут быстро и сильно нагреться. Это происходит из-за прохождения тока через провод, обладающий сопротивлением. Проводите эксперимент быстро (несколько секунд) и будьте осторожны, чтобы не обжечься. Не держите электрическую цепь замкнутой долгое время.

Ответ: Электромагнит изготавливается путем наматывания изолированного провода на железный сердечник (гвоздь) и кратковременного подключения концов провода к источнику тока (батарейке).

Описание действия электромагнита

Действие электромагнита основано на фундаментальном физическом явлении: электрический ток порождает магнитное поле.

• Когда по проводу, намотанному на гвоздь, начинает течь электрический ток от батарейки, каждый виток провода создает вокруг себя слабое магнитное поле.
• Поскольку витки намотаны в одном направлении, их магнитные поля складываются, образуя внутри катушки (которую называют соленоидом) единое, значительно более сильное магнитное поле. Ось этого поля совпадает с осью гвоздя.
• Железный гвоздь, находящийся внутри катушки, является ферромагнетиком. Ферромагнетики — это материалы, способные сильно намагничиваться. Магнитное поле катушки упорядочивает внутреннюю структуру железа, и оно само становится сильным магнитом. Это явление многократно (в сотни и тысячи раз) усиливает исходное магнитное поле катушки.
• В результате гвоздь с обмоткой, по которой течет ток, становится электромагнитом и начинает притягивать к себе другие предметы из ферромагнитных материалов (железо, сталь), например, скрепки.
• Как только цепь размыкается (провод отключается от батарейки), ток прекращается, магнитное поле катушки исчезает, железный сердечник почти полностью размагничивается, и электромагнит теряет свои магнитные свойства.

Ответ: При пропускании электрического тока через катушку, намотанную на железный сердечник, создается сильное магнитное поле, которое позволяет притягивать предметы из железа и его сплавов. При отключении тока магнитные свойства практически полностью исчезают.

Определение подъемной силы электромагнита

Подъемная сила электромагнита — это максимальная сила, с которой он может притягивать и удерживать груз. В данном эксперименте мы определим эту силу по максимальному весу скрепок, который способен удержать наш электромагнит.

Дано:

Масса одной канцелярской скрепки (примем как среднее значение): $m_{скр} = 1$ г

Количество скрепок, удержанных электромагнитом (значение, полученное в ходе эксперимента): $N$

Ускорение свободного падения: $g \approx 9.8$ м/с²

Перевод в систему СИ:

$m_{скр} = 1 \text{ г} = 0.001 \text{ кг}$

Найти:

Подъемную силу электромагнита $F_{под}$

Решение:

1. Для проведения измерения подключите электромагнит к батарейке и поднесите его к скрепкам. Медленно поднимите магнит и посчитайте, какое максимальное количество скрепок $N$ он смог удержать в виде "цепочки".

2. Рассчитаем общую массу $M$ всех скрепок, которые удержал электромагнит. Для этого умножим массу одной скрепки на их количество:

$M = N \cdot m_{скр}$

3. Подъемная сила $F_{под}$ по определению равна силе тяжести (весу) $P$, действующей на эти скрепки. Сила тяжести рассчитывается по формуле:

$F_{под} = P = M \cdot g$

4. Подставив выражение для массы $M$ из пункта 2, получим итоговую расчетную формулу:

$F_{под} = N \cdot m_{скр} \cdot g$

5. Проведем пример расчета. Допустим, ваш электромагнит смог удержать $N = 15$ скрепок. Подставим значения в формулу:

$F_{под} = 15 \cdot 0.001 \text{ кг} \cdot 9.8 \text{ м/с}^2 = 0.147 \text{ Н}$

Вы можете подставить в эту формулу свое значение $N$, полученное в ходе эксперимента, чтобы найти подъемную силу именно вашего электромагнита.

Ответ: Подъемная сила электромагнита рассчитывается по формуле $F_{под} = N \cdot m_{скр} \cdot g$, где $N$ — максимальное число удержанных скрепок, $m_{скр}$ — масса одной скрепки (принятая равной 0.001 кг), $g$ — ускорение свободного падения (принятое равным 9.8 м/с²). Для примера, когда удерживается 15 скрепок, подъемная сила равна $0.147$ Н.