Коли мова йде про взаємодію компасної стрілки зі струмом, що протікає через електромагніт, важливо зрозуміти основні принципи магнетизму та вплив електричного струму на магнітне поле. Нижче наведено детальний опис того, як поводиться стрілка компаса при замиканні кола електромагніту.

1. Основні поняття

Електромагніт

Електромагніт складається з провідника (зазвичай у вигляді котушки) через який пропускається електричний струм. Коли струм проходить через котушку, навколо неї утворюється магнітне поле, подібне до магнітного поля постійного магніту з чітко визначеними полюсами (північним і південним).

Компасна стрілка

Компасна стрілка є магнітом, який вільно обертається на осі, дозволяючи їй вирівнюватися вздовж ліній магнітного поля Землі. Стрілка має два полюси: північний (який вказує на північний магнітний полюс Землі) і південний.

2. Поведінка стрілки компаса при замиканні кола електромагніту

До замикання кола (електромагніт вимкнений)

• Стан стрілки: Стрілка компаса вказує на північний магнітний полюс Землі, тобто визначає загальне напрям магнітного поля Землі.
• Вплив електромагніту: Якщо електромагніт вимкнений, його вплив на стрілку компаса відсутній або мінімальний, залежно від відстані між компасом і електромагнітом.

При замиканні кола (електромагніт увімкнений)

• Утворення магнітного поля: Коли коло електромагніту замкнено, через провідник починає протікати електричний струм, створюючи магнітне поле навколо котушки.
• Взаємодія з компасною стрілкою:
  • Напрямок магнітного поля електромагніту: Напрямок магнітного поля залежить від напрямку струму в провіднику. Використовуючи правило буравчика (правило правої руки), можна визначити напрямок магнітного поля навколо провідника.
  • Суперпозиція магнітних полів: Магнітне поле електромагніту буде додаватися до магнітного поля Землі. Якщо магнітне поле електромагніту сильніше або спрямоване в протилежному напрямку до магнітного поля Землі в місці розташування компаса, стрілка компаса буде відхилятися від свого первинного положення.
  • Зміна напрямку стрілки: Стрілка компаса обертатиметься таким чином, щоб вирівнятися з новим загальним магнітним полем, яке є сумою магнітного поля Землі та електромагніту. Це може призвести до того, що стрілка компаса вкаже у напрямку північного (або південного) полюсу електромагніту, залежно від конфігурації струму.

Після вимкнення електромагніту

• Відновлення первинного стану: Коли струм припиняє протікати через електромагніт (коло розмикається), магнітне поле електромагніту зникає. Стрілка компаса повертається до свого первинного положення, визначеного магнітним полем Землі.

3. Практичні аспекти

Відстань між компасом та електромагнітом

• Чим ближче компас до електромагніту, тим сильніший його вплив. Навіть невелика зміна відстані може суттєво змінити поведінку стрілки компаса.

Сила струму та кількість витків котушки

• Чим більше струм протікає через електромагніт або чим більше витків у котушці, тим сильніше магнітне поле, що створюється. Це призводить до більшої відхилення стрілки компаса.

Напрямок струму

• Зміна напрямку струму у провіднику змінює напрямок магнітного поля електромагніту, що, в свою чергу, змінює напрямок відхилення стрілки компаса.

4. Висновок

При замиканні кола електромагніту через провідник протікає електричний струм, що створює магнітне поле навколо електромагніту. Це магнітне поле взаємодіє з магнітним полем Землі, що призводить до відхилення компасної стрілки від її нормального положення. Напрямок і ступінь відхилення залежать від сили струму, кількості витків у котушці електромагніту, напрямку струму та відстані між компасом і електромагнітом.

Примітка: Для точного спостереження ефекту рекомендується розташувати компас на певній відстані від електромагніту та експериментувати з різними величинами струму та кількістю витків, щоб побачити, як змінюється поведінка стрілки компаса.