Добавил:

Nemo_Nemorino Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Белорусская государственная сельскохозяйственная академия

Предмет:

Физика в школе

Файл:

Фізика 9 клас Бар'яхтар 2026 рік НУШ

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

27.08.2026

Размер:

34 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 / 3011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Розділ 2. МАГНІТНІ ТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЯВИЩА

Перевірте, чи правильно визначено північний полюс саморобного електромагніту і зображено лінії магнітної індукції його магнітного поля (див. рисунок). Чи зміниться розташування полюсів, якщо з котушки витягнути осердя?

Для визначення полюсів електромагніту:

1) покажіть напрямок струму в обмотці;

2) з’ясуйте за допомогою правої руки (див. рис. 11.5 у § 11), де розташований північний полюс.

–

А ЯК НАСПРАВДІ?

Під час уроку між Тарасом і Кірою розгорілася дискусія. Тарас вважав, що в обох електромагнітів (див. рисунок) північний полюс буде ліворуч,

а південний — праворуч, адже полюси джерел струму розташовані однаково: ліворуч «–», праворуч «+». Кіра йому заперечувала, посилаючись на різний напрямок струму в обмотках електромагнітів. А як, на вашу думку, розташовані полюси кожного електромагніту?

–

2. Як часто ми користуємося пристроями з електромагнітами?

Електромагніти широко застосовують у техніці. Це зумовлене насамперед тим, що їхню магнітну дію легко регулювати — достатньо змінити силу струму в обмотці. Крім того, можна виготовити електромагніти будь-яких форм і розмірів.

Електромагніти містяться в багатьох побутових пристроях (рис. 14.3), входять до складу електромагнітних підіймальних кранів (рис. 14.4),

входить до складу електродвигуна, який обертає лопаті ножів

Рис. 14.3. Використання електромагнітів у деяких пристроях

Електромагніт

у побутових

пристроях

у жорсткому диску керує положенням зчитувальної головки, що дає змогу зчитувати й записувати інформацію

є частиною динаміка — змушує мембрану коливатися, створюючи звук

§ 14. Електромагніти та їх застосування

електро магнітних замків (рис. 14.5, фото на заставці до § 14), електричних двигунів і генераторів, електровимірювальних приладів (див. § 16), медичних апаратів (див. фото на заставці до § 9).

Рис. 14.4. Електромагнітний підіймальний кран на підприємстві з перероблення брухту. Увімкнули струм — залізні предмети притяглися до електромагніту і їх перенесли в потрібне місце, вимкнули струм — залізні предмети припинили притягуватись і залишилися там, куди їх перенесли

Рис. 14.5. Електромагнітний замок на дверях офісу. Подано струм — магніт притягнув металеву пластину, двері надійно зафіксовані. Щойно струм вимикається, зчеплення зникає, замок розмикається й двері можна легко відчинити

ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...

Маса електромагніту в апараті МРТ може сягати декількох тонн, електромагніту підіймального крана — сотень кілограмів, а електромагніту в динаміку смартфона — лише десятих часток грама.

ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ

Побутова техніка Виробниче устаткування

допомогою електричного струму.

Магнітна дія ↑, якщо: сила струму ↑

кількість витків ↑

Електромагніт — тип магніту,

що створює магнітне поле за

Осердя з феромагнетика

+N–

Обмотка (ізольований дріт)

Електровимірювальні приладиМедичне обладнання

Розділ 2. МАГНІТНІ ТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЯВИЩА

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Що таке електромагніт? Опишіть його будову. 2. Як збіль-

шити магнітну дію електромагніту? 3. Що вам знадобиться для виготовлення електромагніту власноруч? Як перевірити його дію? 4. За якими правилами можна визначити полюси електромагніту? 5. Наведіть приклади використання електромагнітів. 6. Чому електромагніти набули широкого застосування в техніці? 7. Поясніть принцип дії електромагнітного підіймального крана.

ВПРАВА № 14

1. Яка з котушок виявляє більшу магнітну дію, коли в її

витках тече струм? Сила струму в обох випадках однакова.

Залізний

стрижень

2. На якому рисунку зображено електромагніт, сила притягання

якого є найменшою? Обґрунтуйте свою відповідь.

А Б

3. Замість магнітом’якої сталі для виготовлення осердя

електромагніту використали магнітожорсткий матеріал. Які недоліки матиме такий електромагніт?

4. Визначте полюси електромагніту на рис. 1.

Виконайте порівняльний аналіз властиво-

стей постійних магнітів та електромагнітів.

6. Поясніть, чому осердя з феромагнітного матеріалу посилює магнітну дію котушки зі струмом.

7. Як зміниться підіймальна сила електромагніту, якщо пересунути повзунок реостата праворуч (рис. 2)? Відповідь обґрунтуйте.

8. На рис. 3 подано схему будови пристрою, який автоматично спрацьовує за певної температури. Назвіть основні частини цього пристрою, поясніть принцип його дії. Де доцільно встановлювати такі автоматичні пристрої?

100

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

§ 14. Електромагніти та їх застосування

9. Користуючись рис. 4, спробуйте розібратися, як працює електричний дзвінок. За потреби зверніться до додаткових джерел інформації.

Рис. 4. Схема дії електричного дзвінка: 1 — молоточок; 2 — чаша дзвінка; 3 — підковоподібний електромагніт; 4 — кнопка; 5 — джерело струму; 6 — контактна пружина, яка торкається гвинта 7

TOP SKILLS: РОБОТА З ІНФОРМАЦІЄЮ

Прочитайте текст.

Найпотужніші електромагніти створено завдяки дослідженням американського фізика складається з мідних дисків, розрізаних уздовж радіуса та з’єднаних у вигляді подвійної спіралі, між якими розташовано діелектричні пластини. Усередині дисків і пластин зроблено отвори, що утворюють канали, якими проходить вода для охолодження, адже пристрій споживає кілька мегаватів потужності. Один із сучасних електромагнітів Біттера (2011 р., США) може створювати поле, магнітна індукція якого становить 36 Тл, що майже в мільйон разів більше за магнітну індукцію магнітного поля Землі. Система охолодження пропускає стільки води, що за годину нею можна заповнити 25-метровий басейн для плавання.

Дайте відповіді на запитання.

1. Які елементи входять до конструкції електромагніту Біттера?

2. Чому дорівнює індукція магнітного поля, яке створює сучасний

електромагніт Біттера? Які можливі сфери його застосування?

Який висновок про значення магнітної індукції магнітного

поля Землі можна зробити на основі інформації, що міститься в тексті?

Яку проблему розв’язують канали для води, утворені всередині

електромагніту? Відповідь обґрунтуйте.

Оцініть: а) у скільки разів енерговитрати на роботу електромаг-

ніту Біттера більші за енерговитрати на роботу найпотужнішого пристрою, який є у вас удома; б) за який приблизно час наповнювалася б домашня ванна, якби її наповнювала система, що охолоджує електромагніт Біттера.

Френсіса Біттера

. 1933 року він розробив конструкцію, що

Ключові терміни

Електромагніт • Електромагнітний підіймальний кран

101

Розділ 2. МАГНІТНІ ТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЯВИЩА

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4

Тема. Виготовлення електромагніту. Мета: навчитися виготовляти найпростіший

електромагніт; з’ясувати, від чого залежить його магнітна дія.

Обладнання: амперметр; динамометр; магніт-

на стрілка або компас; ізольований мідний дріт; джерело постійного струму; два залізні стрижні (або великі цвяхи); залізні ошурки; реостат; ключ; з’єднувальні проводи; штатив; залізна пластинка з гачком.

rnk.com.ua/

1130 35

ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ

Підготовка до експерименту

Згадайте вимоги безпеки під час роботи з електричними колами.

Визнач

те ціни поділок шкал амперметра та динамометра.

Експеримент

Дотримуйтесь інструкції з безпеки.

Виготовте два електромагніти з різною кількістю

витків в обмотці: на два однакові залізні стрижні намотайте різну кількість витків ізольованого мідного дроту (наприклад, 40 і 80).

Узявши електромагніт із більшою кількістю вит-

ків, складіть електричне коло (див.

Замкніть коло й визначте полюси електромагніту.

З’ясуйте, від чого залежить магнітна дія електромагніту.

рисунок

– +

Для визначення магнітної дії електромагніту скористайтеся динамометром — див. відео за QR-кодом або посиланням на початку роботи.

1) Порівняйте магнітну дію електромагніту з більшою кількістю витків за сили струму в обмотці 0,5 А і 1,5 А. Силу струму регулюйте реостатом.

2) Вийміть стрижень з обмотки, встановіть в обмотці силу струму 1,5 А та з’ясуйте, як наявність осердя впливає на магнітну дію електромагніту.

3) Визначте, як зменшення кількості витків впливає на магнітну дію електромагніту. Дослідження проводьте за сили струму в обмотці 1,5 А.

Аналіз результатів експерименту

Проаналізуйте експеримент і його результати. Зробіть висновок.

Творче завдання

Запропонуйте спосіб намотування обмотки електромагніту, за якого на обох його кінцях під час проходження струму утворюватимуться південні полюси. Перевірте своє припущення експериментально.

102

§ 15. Дія магнітного поля нарамку зіструмом



rnk.com.ua/

1142 25

§ 15. ДІЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ НА РАМКУ ЗІ СТРУМОМ

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. На рисунку зображено самороб-

ний пристрій, який складається з батарейки (1,5 В), неодимових

магнітів, рамки з 10 витків ізольованого мідного дроту (0,5 мм) і зігнутих певним чином канцелярських скріпок. Як, на вашу думку, поводитиметься рамка? Перевірте свою гіпотезу експериментально. Спробуйте пояснити поведінку рамки.

1. Чому рамка зі струмом обертається

в магнітному полі?

Перш ніж вивчати поведінку рамки зі струмом у магнітному полі, згадайте: 1) як напрямлені лінії магнітної індукції поза магнітом; 2) яка сила діє на провідник зі струмом, розміщений у магнітному полі, та за яким правилом визначають напрямок цієї сили.

S N

а б в г

Переконані, що ви успішно впорались із завданням. Тож почнімо дослідження. Візьмемо легку прямокутну рамку, що складається з кількох витків ізольованого дроту, і помістимо її між полюсами магніту так, щоб вона могла легко обертатися навколо горизонтальної осі. Пропустимо в рамці електричний струм (рис. 15.1, а). Рамка повернеться і, гойднувшись кілька разів, розташується так, як показано на рис. 15.1, б. Це положення є положенням рівноваги рамки. З’ясуймо, чому рамка починає рух. Для цього, скориставшись правилом лівої руки, визначимо напрямки сил Ампера, які діють на кожну сторону рамки на початку спостереження. На

S N

рис. 15.1, а бачимо, що сила Ампера

Визначте напрямок сили, що діє з боку магнітного поля на провідник зі струмом (

а–г

S N

103

Розділ 2. МАГНІТНІ ТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЯВИЩА



+–



яка діє на сторону AB, напрямлена вгору, а сила Ампера

, яка діє на

сторону СD, напрямлена вниз. Отже, обидві сили повертають рамку за ходом годинникової стрілки.

А тепер з’ясуймо, чому рамка припинила рух. Річ у тім, що після про-

ходження рамкою положення рівноваги сили Ампера повертатимуть її

вже проти ходу годинникової стрілки

Переконайтеся, що для кожного з положень рамки напрямки сил зазначені правильно.

(рис. 15.1, в). У результаті рамка почне повертатись у зворотному напрямку, пройде положення рівноваги та знову змінить напрямок руху. Урешті-решт через дію сил тертя рамка зупиниться.

S S SN

N N

+–

Рис. 15.1. Дослідження дії магнітного поля на рамку зі струмом: а — сили Ампера (

) повертають рамку ABCD за ходом годинникової стрілки; б — у положенні

рівноваги сили Ампера не повертають рамку, а розтягують; в — сили Ампера повертають рамку проти ходу годинникової стрілки

+ –

2. Як змусити рамку обертатися в одному напрямку без зупинки?

Безперервне

тим, що

в момент проходження положення рівноваги напрямок стру-

му змінюють на протилежний.

змінюють свій напрямок і продовжують обертати рамку в тому самому напрямку, не допускаючи її зупинки. Спеціальний пристрій, який робить це автоматично, називають колектором.

На рис. 15.2 зображено модель, за допомогою якої ознайомимося з принципом дії колектора. Колектор являє собою два півкільця (1), до кожного з яких притиснуто металеву щітку (2). Півкільця виготовлені з провідника й розділені проміжком. Щітки слугують для підведення напруги від джерела струму (3) до півкілець колектора, якими струм надходить до рамки (4), що обертається навколо горизонтальної осі між полюсами магніту (5). Одну щітку з’єднують із позитивним полюсом джерела струму, іншу — з негативним.

Після замикання кола рамка внаслідок дії сил Ампера починає повертатися за ходом годинникової стрілки (рис. 15.2, а). Півкільця колек- тора повертаються разом з рамкою, а щітки залишаються нерухомими,

104

обертання рамки в одному напрямку

Унаслідок цього сили Ампера також

забезпечується

§ 15. Дія магнітного поля нарамку зіструмом

тому після проходження положення рівноваги (рис. 15.2, б) до щіток будуть притиснуті вже інші півкільця (рис. 15.2, в). Напрямок струму в рамці зміниться на протилежний, а напрямок її обертання не зміниться — рамка продовжить рух за ходом годинникової стрілки.

Рис. 15.2. Модель, яка демонструє принцип дії колектора (а). Після проходження положення рівноваги (б) щітки колектора притиснуті вже до інших півкілець (в), тому напрямок струму в рамці змінюється на протилежний

Доведіть, що в положеннях а і в рамки (див. рис.15.2) сили Ампера обертатимуть рамку за ходом годинникової стрілки.

3. Як рамка зі струмом перетворюється на електродвигун?

На обертанні рамки зі струмом у магнітному

полі засновано роботу

електродвигуна

Електричний двигун — це пристрій, у якому електрична енергія перетворюється на меха нічну.

На рис. 15.3 зображено модель електричного

двигуна. Сподіваємося, що ви легко впізнаєте його складники: магніт, провідну рамку, джерело струму, колектор.

Справжній електродвигун — це складніший

пристрій. Його рухома частина має кілька обмоток із великою кількістю витків дроту, вкладених у спеціальні пази на бічній поверхні з магнітом’якої сталі.

Колектор

з низки металевих пластин — по дві для кожної обмотки. Осердя з обмотками й колектором утворюють ротор (від латин.

rotare

ся) двигуна (рис. 15.4).

осердя

складається

— обертати-

Рис. 15.3. Модель електродвигуна постійного струму

Рис. 15.4. Ротор двигуна, який містить дванадцять обмоток: 1 — пластини колектора; 2 — осердя з обмотками

105

Розділ 2. МАГНІТНІ ТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЯВИЩА

Нерухому частину двигуна — статор

Розгляньте зображення невеликого електродвигуна. Знайдіть і назвіть його основні складники.

(від латин.

stator

— той, що стоїть нерухомо) — утворює електромагніт, закріплений усередині корпусу. Його видно лише під час ремонту або розбирання пристрою.

Такі

струму

електродвигуни постійного

застосовують у транспортних засобах (трамваях, тролейбусах, електровозах, електромобілях, скутерах, самокатах тощо) і промисловому обладнанні. Електричні двигуни мають значні переваги перед тепловими: вищий ККД, компактність, економічність, відсутність шкідливих викидів та легке керування потужністю.

ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...

Найбільший у світі круїзний лайнер «Icon of the Seas» («Ікона морів») приводять у рух новить приблизно 90 000 кінських сил. Таку потужність розвивають близько

тисячі бензинових двигунів

Якщо ці автомобілі зібрати разом, то для їх розміщення знадобиться більш ніж два стандартних футбольних поля.

три електродвигуни

, загальна потужність яких ста-

автомобілів середнього класу.

А ЯК НАСПРАВДІ?

У новому випуску подкасту «Фізика без меж» ведучі обговорюють електродвигуни.

— Існують електродвигуни розміром лише кілька міліметрів, —

каже Богдан. — Їх використовують у медичних приладах.

— Це ще не межа, — усміхається Ірина. — Учені створили наноелектродвигуни, які складаються всього з кількох десятків атомів. Одна частина атомів утворює ротор, друга — статор.

— Неймовірно! — дивується Богдан. — Це щось зі світу фантастики!

А як насправді?

4. Як працює амперметр?

На повертанні рамки зі струмом у магнітному полі постійного магніту ґрунтується дія електровимірювальних приладів магнітоелектричної системи Вимірювальний механізм таких приладів зображено на рис. 15.5.

слідок дії сил Ампера рамка повертається в магнітному полі постійного

106

— гальванометрів, амперметрів і вольтметрів

Коли прилад вмикають у коло, в рамці починає йти струм і вна-

постійного струму.

§ 15. Дія магнітного поля нарамку зіструмом



магніту. Разом із рамкою повертаються півосі, а отже, і стрілка.

Під час повертання рамки закручуються пружини й виникають додаткові сили пружності. Коли момент сил пружності зрівноважує момент сил Ампера, повертання припиняється, а стрілка залишається відхиленою. Чим більша сила струму в рамці, тим на більший кут відхилиться стрілка і тим більшим буде показ приладу.

Електровимірювальні прилади, принцип дії яких ми розглянули, належать до

аналогових

. Такі прилади стали першим кроком у розвитку вимірювальної техніки. У сучасних лабораторіях і побуті їх дедалі частіше замінюють

цифрові прилади

, які не потребують шкали — результат одразу з’являється у вигляді числа на екрані.

ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ

Рис. 15.5. Схема вимірювального механізму приладів магнітоелектричної системи: 1 — постійний нерухомий магніт; 2 — спіральні пружини, які одночасно слугують для підведення струму до рамки; 3 — півосі; 4 — рамка, яку жорстко закріплено на півосях; 5 — нерухоме осердя; 6 — стрілка; 7 — шкала

2 5 4

Електровимірювальні

прилади

Рамка зі струмом

у магнітному полі

обертається /

повертається

завдяки дії сил

Шкала

Ампера

Магніт

Пружина

Стрілка

Піввісь

Пружина

Рамка

в одному напрямку)

Електричний двигун

Електрична енергія

Високий ККД

Економічність

S N

Колектор

(для забезпечення

обертання рамки

Механічна енергія

Екологічність

Легке керуванняКомпактність

Електричний

двигун

Магніт

Рамка

107

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 / 3011 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке НУШ

#
27.08.202634 Мб0Фізика 9 клас Бар'яхтар 2026 рік НУШ .pdf
#
27.08.202645 Мб0Фізика 9 клас Засєкіна 2026 рік НУШ.pdf
#
27.08.202616 Мб0Фізика 9 клас Максимович 2026 рік НУШ.pdf