آزمایش تعیین جهت میدان مغناطیسی ناشی از یک سیم حامل جریان
در سال 1820 فیزیکدان دانمارکی به نام اورستد مشاهده کرد که عقربههای یک قطب نما در حضور یک سیم حامل جریان، به جهتهای دیگر منحرف میشود. از آن جایی که عقربه قطب نما توسط یک آهنربا نیز منحرف میشود، او نتیجه گرفت که جریان الکتریکی موجب ایجاد یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم حامل جریان میشود. مطالعات بیشتر توسط اورستد ثابت کرد که هر سیم حامل جریان الکتریکی یک میدان مغناطیسی در اطراف خود ایجاد میکند.
هدف:
در این آزمایش شما قادر خواهید بود راستای میدان مغناطیسی ناشی از یک سیم حامل جریان را مشخص کنید. هم چنین میتوانید تاثیر جهت میدان الکتریکی بر در سیم حامل جریان بر میدان مغناطیسی اطراف آن را به خوبی مشاهده کنید. از سوی دیگر شما میتوانید یک آهنربای الکتریکی بسازید و قدرت آن را آزمایش کنید.
وسایل لازم: مداد، خط کش، یک برگه کاغذ سفید، قطب نما، باطری 5/1 ولتی، انبر سیم، یک سیم 45 سانتیمتری
شرح آزمایش:
1) با استفاده از مداد و خط کش، دو خط عمود بر هم که در مرکز کاغذ یکدیگر را قطع میکنند رسم کنید. خط بلندتر را با حروف N و S یعنی شمال و جنوب و دو انتهای خط کوچک تر را با E و W یعنی شرق و غرب علامت گذاری کنید.
2) کاغذ را بر روی یک میز چوبی قرار دهید و قطب نما را روی مرکز کاغذ قرار دهید.
3) اجازه دهید عقربههای قطب نما مطابق با میدان مغناطیسی زمین ثابت شود.
4) حال با چرخاندن کاغذ، جهتهای روی آن را مطابق با قطب نما تنظیم کنید.
5) حال باطری را روی قسمت شرق کاغذ قرار دهید به طوری که قطب منفی باتری رو به جنوب (S) باشد.
6) با استفاده از یک انبر حدود 5/2 سانتی متر از پوشش هر دو انتهای سیم را بردارید تا سیم فلزی ظاهر شود.
7) مطابق شکل، سیم را از دو قسمت و به طور قرینه خم کنید. به طوری که فاصله بین این دو نقطه از طول باطری بیشتر باشد.
8) دو سر سیم را به دو سر باتری بچسبانید و در طی آزمایش فقط چند ثانیه آن را نگه دارید و دوباره رها کنید. قسمتی از سیم را که بر روی قطب نما قرار میگیرد به اندازه 54/2 سانتی متر از آن فاصله دهید به طوری که سیم در راستای شمال به جنوب قرار گیرد و به همین صورت آن را نگه دارید.
9) برای مشاهده تغییر جهت میدان مغناطیسی با جهت جریان الکتریکی، باتری را به سمت غرب منتقل کنید و دوباره سیم را به همان حالتی که در سمت شرق انجام دادید، تکرار کنید.
توجه:
برای امنیت بیشتر در آزمایش، سیم را از قسمتی که عایق دارد و مطابق شکل نگه دارید.
نتایج :
هنگامی که قطب منفی باتری به سمت جنوب است و در قسمت شرق کاغذ قرار دارد، عقربه قطب نما از شمال به سمت شرق منحرف میشود. زیرا اگر انگشت شصت خود را در جهت جریان (از قطب منفی باتری به قطب مثبت) نگه دارید چرخش چهار انگشت دست، جهت میدان مغناطیسی را نشان میدهد پس عقربه قطب نما به سمت شرق منحرف میشود.
بخش پژوهش های دانش آموزی تبیان، تهیه: سارا قیصری
تنظیم: نسرین صادقی