Теория:
Практический интерес представляет магнитное поле катушки с током.
Катушка получится, если плотно, виток к витку, намотать провод в достаточно длинную спираль (рис. \(1\)). В катушке может быть несколько десятков, сотен или даже тысяч витков.
Соленоид (от греч. solen — «канал», «труба» и eidos — «подобный») — разновидность катушки с током. Обычно под термином «соленоид» подразумевается цилиндрическая обмотка из провода, причём длина такой обмотки многократно превышает её диаметр.
Рис. \(1\). Изображение катушки
Рассмотрим рисунок \(2\). Мы видим цепь, состоящую из источника тока, реостата и катушки. Катушка содержит большое число витков провода. При протекании тока по цепи железные опилки притягиваются к торцу катушки. А если тока нет, то притяжение не наблюдается.
Рис. \(2\). Изображение цепи с катушкой, реостатом и источником тока
Если катушка в этом опыте будет подвешена на проводах, то при протекании тока в цепи она установится в пространстве строго определённым образом. Точно так же, как и магнитная стрелка компаса (в направлении север — юг).
Это наблюдение позволяет сделать вывод, что катушка с током тоже имеет магнитные полюсы (рис. \(3\)).
Рис. \(3\). Изображение катушки, подвешенной на проводах с током
Логично предположить, что у катушки магнитное поле тоже имеется. Для доказательства можно воспользоваться железными опилками (рис. \(4\)).
Рис. \(4\). Изображение катушки с железными опилками
Железные опилки располагаются образуя замкнутые кривые.
За направление линий магнитного поля принято направление от северного полюса катушки к южному (вне катушки с током).
Сила магнитного поля постоянного магнита невелика. Другое дело — электромагнит. Сила магнитного поля электромагнита может изменяться. Её можно увеличивать или уменьшать. Основная часть любого электромагнита — катушка с намотанным на неё проводом. Рассмотрим опыт, изображённый на рисунке \(2\). По виткам катушки протекает ток, и она притягивает к себе железные предметы (так проявляется магнитное действие тока). Если увеличить количество витков в катушке, не меняя силу тока в ней, то её магнитное действие усилится, о чём свидетельствует увеличение количества притягиваемых предметов.
Физическая величина, характеризующая магнитные свойства катушки с током, связана линейной зависимостью с числом витков в ней.
На рисунке \(5\) показан электрический контур, позволяющий экспериментально выявить взаимосвязь между силой тока и действием магнитного поля катушки.
Действие магнитного поля катушки с током прямо пропорционально силе тока.
Рис. \(5\). Изображение цепи с реостатом, ключом, катушкой и источником тока
Усиление магнитного поля произойдёт при использовании железного сердечника (рис. \(6\)).
Сердечник — металлический стержень для усиления мощности электромагнита.
Сердечник, введённый внутрь катушки с током, усиливает магнитное действие катушки.
Рис. \(6\). Изображение цепи с реостатом, ключом, катушкой с железным сердечником и источником тока
Направление магнитного поля тока связано с направлением тока в катушке.
Определить направление линий магнитного поля катушки с током можно при помощи правила правой руки, или правила правого буравчика.
Принято считать, что та сторона катушки или витка с током, откуда линии магнитного поля выходят, — это и есть северный магнитный полюс (\(N\)), а сторона, куда линии входят, — это южный магнитный полюс (\(S\)) (рис. \(7\)).
Рис. \(7\). Изображение катушки и магнитных полюсов
Источники:
Рис. 1. Указание авторства не требуется: Трансформатор Спираль Власть Технология, https://pixabay.com/images/id-5508211/, 2020-08-23, бесплатно для коммерческого использования.
Рис. 2. Указание авторства не требуется: Трансформатор Спираль Власть Технология, https://pixabay.com/images/id-5508211/, 2020-08-23, бесплатно для коммерческого использования.
Рис. 3. Указание авторства не требуется: Трансформатор Спираль Власть Технология, https://pixabay.com/images/id-5508211/, 2020-08-23, бесплатно для коммерческого использования.
Рис. 2. Указание авторства не требуется: Трансформатор Спираль Власть Технология, https://pixabay.com/images/id-5508211/, 2020-08-23, бесплатно для коммерческого использования.
Рис. 3. Указание авторства не требуется: Трансформатор Спираль Власть Технология, https://pixabay.com/images/id-5508211/, 2020-08-23, бесплатно для коммерческого использования.
Рис. 4. Изображение катушки с железными опилками. © ЯКласс.
Рис. 5. Изображение цепи с реостатом, ключом, катушкой и источником тока. © ЯКласс.
Рис. 6. Изображение цепи с реостатом, ключом, катушкой с железным сердечником и источником тока. © ЯКласс.
Рис. 7. Изображение катушки и магнитных полюсов. © ЯКласс.