PRZYRZĄD DO POKAZU POLA ELEKTRYCZNEGO
I pola magnetycznego prądu
Przyrząd jest przeznaczony dla klasy VIII szkoły podstawowej.Składa się z następujących części: 3 płytek z przewodami do
pokazu linii sił pola magnetycznego, płytki z ramką do pokazulinii sił pola elektrycznego, kompletu elektrod i metalowego pierścienia.
Wszystkie części są umieszczone w pudełku drewnianym. Płytki z przewodami i płytkę z ramką wsuwa się w wycięcia boczne pudełka, a elektrody ustawia się na wkładce z otworami. Ten sposób przechowywania części przyrządu zabezpiecza je przed uszkodzeniami mechanicznymi i równocześnie umożliwia łatwy do nich dostęp
Przygotowanie przyrządu do pokazów
Potrzebną do doświadczenia płytkę mocujemy na statywie. Może to być zwykły statyw szkolny (podstawa z prętem) lub statyw utworzony z uchwytu przykręconego do stołu i pręta. Do umocowania płytki na pręcie statywu służy uchwyt z otworem i śrubą.
Umocowanie płytki na statywie pokazuje rysunek 1.
I. Pokazy linii sit pola magnetycznego
Przepływowi prądu elektrycznego towarzyszy zawsze pole magnetyczne. W celu zademonstrowania linii sił tego pola należy płytkę z przewodami posypać cieniutką, równomierną warstewką drobnych opiłków żelaznych. Następnie należy włączyć przyrząd w obwód elektryczny złożony z baterii akumulatorów o pojemności co najmniej 60 - 200 Ah i. napięciu 2 -H 12 V, klucza do prądu oraz opornicy suwakowej lub korbowej (rys. 2).
Uzyskanie wyraźnych linii sił pola magnetycznego wymaga przepływu prądu o wielkości ca 20 - 50 A. W związku z tym obwód elektryczny należy zamykać impulsowo — jak przy telegrafowaniu kluczem Morse'a — jednocześnie lekko postukując w płytkę (np. ołówkiem).
Zwykle już po kilku impulsach przy równoczesnym lekkim stukaniu w płytkę opiłki ułożą się zgodnie z liniami sił pola.
A Linie sił pola magnetycznego wokół przewodu prostoliniowego
Pokaz przeprowadzamy na płytce z dwoma pojedynczymi przewodami.
Włączamy bezpośrednio w obwód jeden z przewodów. W tym celu należy połączyć ze źródłem prądu dowolną parę gniazdek położonych przy krawędziach płytki. Obraz otrzymanych linii sił pola magnetycznego stanowi szereg koncentrycznych, współ-środkowych okręgów (rys. 3). Kierunek linii sił pola można określić na podstawie reguły korkociągu.
Kierunek linii sił pola magnetycznego można również wyznaczyć za pomocą igiełki magnetycznej na podstawce z kompletu do doświadczeń z magnetyzmu (Katalog pomocy naukowych str. 105).
Igiełkę ustawiamy na płytce w odległości 20—30 mm od przewodu, który łączymy ze źródłem prądu. Kierunek łinii sił pola magnetycznego wyznaczony przez północny (niebieski) biegun igiełki powinien być zgodny z ruchem wskazówek zegara.
Kierunek linii sił pola wokół przewodu można zmienić. Zależy on od kierunku przepływu prądu (rys. 3). Należy, w tym celu gniazdka na płytce połączyć z biegunami źródła prądu o przeciwnych znakach
B. Linie sił pola magnetycznego wokół dwóch prostoliniowych przewodów równoległych
Stosujemy tę samą płytkę. Włączamy w obwód dwa przewody, zgodnie ze schematami przedstawionymi na rys. 4. Kierunki przepływu prądu w przewodach są zgodne i skierowane do góry lub do dołu, zależnie od rodzaju połączenia. Zarówno w jednym jak i w drugim przypadku linie sił pola wokół przewodników stanowią zamknięte krzywe, ułożone koncentrycznie. Kierunki linii sił pola (podane na schematach) można określić, podobnie jak poprzednio, za pomocą igiełki magnetycznej lub reguły korkociągu.
Jeżeli kierunki przepływu prądów nic są zgodne, linie sił pola ułożą się tak jak to jest przedstawione na rys. 5. Również na tym ysunku zaznaczono schematycznie sposoby łączenia płytki ze źródłem prądu i uzyskane kierunki linii sił pola magnetycznego.
C. Linie sił pola magnetycznego wokół zwojnicy (s o l e n o i d u)
Do przeprowadzenia doświadczenia stosujemy płytkę ze zwojnicą pojedynczą.
Zwojnicę włączamy w obwód prądu elektrycznego. Stosujemy układ połączeń zgodny ze schematem przedstawionym na rys. 2.
Uzyskane linie sił pola magnetycznego są podobne do pola magnetycznego magnesu sztabkowego ułożonego wzdłuż osi sole-noidu. Bieguny elektromagnesu można określić na podstawie reguły prawej ręki.
Na rys. (i są przedstawione linie sił pola magnetycznego oraz schemat połączeń płytki z baterią.
D. Linie sił pola magnetycznego wokół dwóch z w o j n i c
Doświadczenie przeprowadzamy za pomocą płytki z dwiema zwojnicami. Płytkę należy umocować w ten sposób, żeby rowki, przez które przechodzą przewody, znajdowały się na stronie spodniej.
Zwojnice łączymy ze sobą i źródłem prądu tak, aby kierunki
Rys. 7
przepływu prądu przez uzwojenia były jednakowe. Linie sil pola będą przebiegały podobnie jak w dwóch stałych magnesach sztab-kowych zwróconych do siebie przeciwnymi biegunami. Schematy połączeń, linie sił pola magnetycznego i ich kierunki są pokazane na rys. 7.
Inny rodzaj połączenia zwojnic ze sobą jest taki, że kierunki przepływu prądu przez uzwojenia są przeciwne.
Linie sił pola będą układały się podobnie jak przy dwóch stałych magnesach sztabkowych zwróconych do siebie biegunami jednoimiennymi (rys. 8).
II. Pokazy linii sił pola elektrycznego (elektrostatycznego)
Płytkę z ramką i elektrodami mocujemy na statywie. Do ramki nalewamy czystego oleju parafinowego, uprzednio odwodnionego przez ogrzanie do 100°C. Elektrody powinny być całkowicie zanurzone w oleju; nie mogą dotykać ścianek ani dna płytki. Następnie powierzchnię oleju posypujemy równomiernie drobno pociętymi włosami. Najlepiej nadaje się do tego celu włosie końskie. Włosy przed użyciem należy oczyścić przez dokładne wymycie w benzynie (lekkiej). Zamiast końskiego włosia można stosować drobne kryształki chininy.
Do wytworzenia pola elektrycznego stosujemy maszynę elektrostatyczną Whimshursta (Katalog pomocy naukowych str. 95). Należy w tym celu odpowiednio połączyć bieguny maszyny z elektrodami.
A. Linie sił pola elektrostatycznego między elektrodami płaskimi
Pokaz przeprowadzamy w sposób następujący:
Na płytce z ramką umieszczamy dwie płaskie elektrody. Następnie rozwieramy kulki iskiernika maszyny elektrostatycznej i ładujemy jedną elektrodę ładunkiem dodatnim, a drugą ujemnym. (Można ładować tylko jedną elektrodę, a drugą uziemić). Linie sił pola (rys. 9) są proste i równoległe względem siebie, a prostopadłe do powierzchni obu płytek. Na końcach płytek linie są wygięte i mają kształt łuków o różnych promieniach.
Na rys. 9 są zaznaczone również kierunki linii sił pola w zależności od rodzaju połączenia ze znakami biegunów maszyny. Jeżeli obie płytki połączymy z tym samym biegunem maszyny elektro statycznej to linie sił pola i ich kierunki będą zgodne ze schematem przedstawionym na rys, 10
B. Linie sił pola elektrostatycznego między elektrodami okrągłymi
Postępujemy podobnie jak poprzednio stosując elektrody okrągłe. Przy połączeniu elektrod z różnoimiennymi znakami maszyny linie sił ułożą się zgodnie ze schematem przedstawionym na rys. 11.
Kierunki linii sił pola przy połączeniu elektrod z jednoimiennymi znakami maszyny są przedstawione na rys. 12.
Pokazy linii sil pola elektrostatycznego można urozmaicić wprowadzając zamiast elektrod okrągłych elektrody z ostrzami do kondensacji linii sil w pobliżu ostrzy. Miejscowe zagęszczenia linii sil pola uzyskamy również przez umieszczenie w polu metalowego pierścienia.
Można również wykonywać pokazy Unii sil pola stosując równocześnie pary elektrod różnych kształtów jak np. płaską i okrągłą, płaską i z ostrzeni itp. Można także stosować różnego rodzaju połączenia z biegunami maszyny elektrostatycznej.
Po przeprowadzeniu doświadczeń płytkę z ramką należy starannie umyć i osuszyć, a pozostałe płytki oczyścić z opiłków.
Uwagi o przydatności przyrządu w pracy szkolnej, o jego działaniu, zaletach i ewent. usterkach, a także uwagi o instrukcji prosimy przysyłać do Zjednoczenia Przemyślu Pomocy Naukowych i Zaopatrzenia Szkól w Warszawie, ul. Widok 5/7/9