اهداف درس:مطالعه ویژگی ها میدان مغناطیسیسیم پیچ با جریان، راه های تقویت این میدان، آشنایی با دستگاه، اصل کارکرد و استفاده از آهنرباهای الکتریکی. توسعه مهارت برای انجام وظایف عملی. توسعه تفکر فیزیکی، توانایی حل موقعیت های مشکل و توانایی تجزیه و تحلیل آنها بر اساس واقعیت های تجربی. القای علاقه به موضوع از طریق آشنایی با تاریخچه اکتشافات در زمینه فیزیک.
نوع:درس ترکیبی
روش:یادگیری مبتنی بر مشکل
تجهیزات آزمایش پیشانی:منبع تغذیه، سیم های اتصال، کلید، رئوستات، هادی دایره ای (سیم پیچ)، آهنربا نواری، قطب نما (یک مجموعه برای هر میز).
دموها:
- یک جعبه سیاه و یک سیم پیچ جریان معلق روی سیم های انعطاف پذیر در یک سه پایه (نمایش شماره 1).
- برهمکنش یک سیم پیچ با جریان و یک آهنربای نواری (نمایش شماره 2)
- اندرکنش دو سیم پیچ با جریان (نمایش شماره 3)
- نصب برای نشان دادن عملکرد یک آهنربای الکتریکی (نمایش شماره 4).
- مدل تماس (تظاهرات شماره 5)
پیشرفت درس
لحظه سازمانی
بچه ها! می‌خواهم درس امروز را با تعبیر لاتین شروع کنم: «استعداد راهی برای حل مشکلات شناخته شده می‌بیند، نبوغ مشکلاتی را حل می‌کند که معاصرانش نمی‌بینند». امروز یاد خواهیم گرفت که با استعداد باشیم، و ممکن است کسی نبوغ خود را نشان دهد در درس های قبلی، ما شروع به مطالعه شکل جدیدی از ماده کردیم - یک میدان مغناطیسی.
امروز ما سفر ذهنی خود را در "ماشین زمان" به گذشته ادامه خواهیم داد، به زمانی که تازه شروع به مطالعه رابطه بین پدیده های الکتریکی و مغناطیسی کردیم، یعنی. تا قرن 19 امروز هر یک از شما به کشف رازها و اسرار جدید میدان مغناطیسی ادامه می دهید و با هم سعی می کنیم آنها را درک کنیم.
اما ابتدا، بیایید بررسی کنیم که چگونه مطالب مربوط به درس گذشته را درک کرده اید - ما یک دیکته فیزیکی انجام می دهیم. باید جملات را کامل کنید:
- میدان مغناطیسی یک ……………………………………………………
- منبع میدان مغناطیسی ……………..
- میدان مغناطیسی را می توان با عمل ………………
- در آزمایش ارستد، سوزن مغناطیسی زمانی که ……….
- خطوط مغناطیسی خطوطی هستند که در امتداد آنها……………………………
- تفاوت میدان مغناطیسی با میدان الکتریکی این است که در اطراف …….. وجود دارد.
- میدان مغناطیسی جریان مستقیم .. ……….
حالا توجه! یک جعبه سیاه روی میز وجود دارد. لطفا به من بگویید چگونه می توان تشخیص داد که آیا میدان مغناطیسی در جعبه سیاه وجود دارد؟
دانش آموزان پاسخ های ممکن را ارائه می دهند.
در واقع دو راه برای این کار وجود دارد. (دمو شماره 1): یا با آوردن یک فلش مغناطیسی به جعبه (فلش تغییر جهت می دهد)، یا با آوردن یک هادی با جریان به جعبه (در این حالت از هادی دایره ای با جریان استفاده می شود) که همانطور که می بینیم یا جذب می شود. یا دفع می شود. این سوال مطرح می شود - چرا سیم پیچ با جریان جذب یا دفع می شود؟ امروزه موضوع مورد توجه ما یک رسانای دایره ای با جریان (یا یک سیم پیچ با جریان یا یک سلونوئید) خواهد بود دستگاه بالابر (شکل 1، شکل 2)
شکل 1
شکل 2
بنابراین، یک سیم پیچ متصل به منبع جریان روی یک میز روی سیم های نازک معلق است و در کنار آن روی پایه یک آهنربای نواری قرار دارد. (دمو شماره 2)اگر سیم پیچ را رد کنید چه اتفاقی می افتد؟ جریان الکتریکی?
دانش آموزان فرضیه می گویند.
بیایید این فرضیه ها را با هم آزمایش کنیم.شما تجهیزات آزمایشگاهی را روی میزهای خود دارید، لطفاً با اتصال یک منبع جریان، یک کلید، یک رئوستات و یک سیم پیچ، یک مدار الکتریکی را مونتاژ کنید. علاوه بر این، شما یک آهنربای نواری دارید. می توانید آزمایش کنید و ببینید که سیم پیچ قبل از بسته شدن مدار و بعد از بسته شدن مدار با آوردن یک آهنربا و سپس یک سوزن مغناطیسی به سیم پیچ چگونه رفتار می کند.
دانش آموزان یک آزمایش پیشانی انجام می دهندو سپس نتایج آن را با معلم در میان بگذارید.
- چه چیزی را مشاهده کردید؟
- به نظر شما چرا سیم پیچ گاهی به آهنربا جذب می شود و گاهی دفع می شود؟
- این به چه چیزی بستگی دارد؟
- چه نتیجه ای می توان گرفت؟
نتایج بحث مشترک در یک دفترچه به شکل نتایج زیر مستند شده است:
1. یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم پیچ با جریان وجود دارد(شکل 4)؛
شکل 4
2. سیم پیچ جریان (سلونوئید) شبیه آهنربای نواری است و همچنین دارای دو قطب شمالی و جنوبی است.(شکل 3).
شکل 3
ابتدا این را کشف کرد واقعیت شگفت انگیزماری آندره آمپر در سال 1820. او به طور تجربی ثابت کرد که دو سیم پیچ حامل جریان مانند دو آهنربای دائمی یکدیگر را جذب یا دفع می کنند. بیایید این تجربه را ببینیم - نسخه ی نمایشی شماره 3. می بینید که تعامل وجود دارد، اما کاملا ضعیف است.
فکر کن میدان مغناطیسی یک سیم پیچ حامل جریان را از چه راه هایی می توان تقویت کرد؟
سعی کنید با بستن مدار مونتاژ شده روی میزهای خود و مشاهده تغییر در اندرکنش سیم پیچ و آهنربای نواری به صورت تجربی این موضوع را تعیین کنید. موقعیت های مختلفنوار لغزنده رئوستات و همچنین هنگام وارد کردن یک هسته فلزی در داخل سیم پیچ.
معلم تجربه مشابهی را نشان می دهد (دمو شماره 4)
(در ابتدا مقاومت رئوستات زیاد است، سپس آن را کاهش می دهیم و سپس هسته را وارد می کنیم.)
به طور تجربی مشخص شد که میدان مغناطیسی سیم پیچ را می توان به سه روش تقویت کرد:
- افزایش جریان
- افزایش تعداد چرخش سیم پیچ
- قرار دادن یک هسته آهنی در داخل کویل
یک سیم پیچ با یک هسته نامیده می شود آهنربای الکتریکیکاربرد الکترومغناطیس ها متنوع است: تلگراف الکترومغناطیسی، رله الکترومغناطیسی (شکل 5)، زنگ الکتریکی (شکل 6)، هدفون (شکل 7)، بلندگو (بلندگو) (شکل 8) و غیره. آنها بخشی از بسیاری از مدارهای الکتریکی هستند. هر الکترومغناطیس از قسمت های زیر تشکیل شده است (شکل 9): سیم پیچ 1 که از طریق آن جریان می گذرد، مدار مغناطیسی فولادی 2 که یک هسته است و آرمیچر 3 که به سمت هسته جذب می شود.
شکل 5
شکل 6
شکل 7
شکل 8
شکل 9
چه کسی و چه زمانی اولین آهنربای الکتریکی را ساخت؟
1 دانش آموز: تاریخچه ایجاد آهنربای الکتریکی. (شکل 10)
شکل 10
ویلیام استورجن در خانواده یک کفاش به دنیا آمد و از کودکی کار بسیار سختی را در کارگاه انجام می داد و اغلب گرسنه می ماند. در سن 19 سالگی به یک واحد نظامی گریخت و به درجه توپخانه رسید و در آنجا بسیار مطالعه کرد و آزمایشات فیزیکی و شیمیایی انجام داد، یک روز طوفان مهیب همراه با رعد و برق و رعد و برق آمد بر ویلیام تأثیر گذاشت و توجه او را به برق جلب کرد. او شروع به خواندن کتاب های علوم طبیعی کرد، اما با تلخی متوجه شد که دانش کافی ندارد و از همان ابتدا به شدت شروع به مطالعه علوم کرد: خواندن، نوشتن، دستور زبان، زبان، ریاضیات، اپتیک و علوم طبیعی. پس از خروج از ارتش، برای خود یک ماشین تراش خرید و شروع به ساخت آلات بدنی کرد و حتی در این امر به قدری موفق شد که به عنوان مدرس دانشگاه منصوب شد. آکادمی نظامی. ایده استفاده از آهنربای نعل اسبی توجه او را در سال 1823 به خود جلب کرد. او دریافت که میدان مغناطیسی یک شیر برقی به طور قابل توجهی افزایش می یابد اگر یک هسته فولادی در داخل آن قرار گیرد، و در 23 می 1825، در جلسه انجمن هنر فرانسه، او، ویلیام استورجن، پسر یک کفاش فقیر، برای اولین بار اولین آهنربای الکتریکی را نشان داد. (شکل 11)
شکل 11
اوی یک میله آهنی لاک‌کاری شده بود که به شکل نعل اسبی خم شده بود، به طول 30 سانتی‌متر و قطر 1.3 سانتی‌متر، که روی آن با یک لایه سیم مسی عایق پوشانده شده بود. برق آن از یک باتری گالوانیکی (ستون ولتایی) تامین می شد. این آهنربا 3600 گرم وزن داشت و به طور قابل توجهی قوی تر از آهنرباهای طبیعی با همان جرم بود. این یک دستاورد درخشان برای آن دوران بود.
بسیاری دانشمندان آنبا گذشت زمان، آنها شروع به بهبود آهنربای الکتریکی و افزایش نیروی بالابر آن کردند. در سال 1828، دانشمند آمریکایی جوزف هنری (شکل 12) از سیم پیچ چندلایه سیم عایق در یک آهنربای الکتریکی استفاده کرد و در نتیجه آهنربای الکتریکی با قدرت قابل توجهی ایجاد کرد (شکل 13). او یک آهنربای الکتریکی با وزن حدود 300 کیلوگرم ساخت که حدود 1 تن را بلند کرد و خود استورجن روی بهبود آهنربای الکتریکی کار کرد. به دستور او در سال 1840 آهنربای الکتریکی ساخته شد که قادر به بلند کردن وزن 550 کیلوگرم بود! اکنون تصور اینکه در آن زمان چقدر دشوار بود ایجاد آهنربای الکتریکی دشوار است. از این گذشته، حتی قانون اهم برای مهندسان در آن زمان شناخته شده نبود. استورجن در سال 1850 درگذشت، در حالی که نه ثروت و نه شهرت به عنوان پاداشی برای اختراع بزرگ خود دریافت کرد. بر روی سنگ قبر او حک شده است: "اینجا مخترع آهنربای الکتریکی نهفته است..."
شکل 12
شکل 13
2 دانش آموز: یکی از اولین و مهمترین کاربردهای آهنربای الکتریکی، ارتباط تلگراف بود.مردم از زمان های قدیم به ارتباطات نیاز داشتند، اما حتی در آغاز قرن نوزدهم، ارتباطات بسیار ابتدایی بود: یک اپراتور تلگراف بر روی یک برج، با استفاده از یک تلسکوپ، سیگنالی را دریافت کرد که از برج دیگری که پانزده مایلی دورتر از برج اول قرار داشت، ارسال می شد. با دریافت سیگنال، اپراتور تلگراف پایین آمد، دسته های سمافور را حرکت داد و با جدیت پیام را به برج بعدی مخابره کرد. تا اواسط قرن نوزدهم، ابزار اصلی ارتباط بین آمریکا و اروپا، و بین اروپا و مستعمرات، پست کشتی بخار بود. مردم در مورد رویدادها و حوادث در کشورهای دیگر با تأخیر کامل هفته ها و یا حتی ماه ها مطلع شدند. در سال 1831، جوزف هنری یکی از اولین تلاش ها را برای اجرای ایده ارتباط با استفاده از آن انجام داد تلگراف الکترومغناطیسیدر قسمت دریافتی که از ساده ترین طرح زنگ الکتریکی استفاده شده است (شکل 14). زنگ برقی شامل یک زنگ رومیزی و یک میله فولادی به طول 250 میلی متر بود که بر روی یک سوزن عمودی نصب شده بود. اولین زنگ الکتریکی از یک منبع جریان مستقیم تغذیه می شد و از یک آهنربای الکتریکی معمولی تشکیل شده بود که با فشار دادن دکمه، چکشی به آن جذب می شد و به زنگ می کوبید. (دمو شماره 5).
شکل 14
3 دانش آموز: راحت ترین سیستم تلگراف الکترومغناطیسی توسط ساموئل مورس آمریکایی ایجاد شد.(شکل 15). او یک هنرمند پرتره بود، اما درآمد حاصل از نقاشی پرتره بسیار ناچیز بود و برای اینکه پول خوبی به دست آورد، مجبور شد به همسر و سه فرزندش غذا بدهد، مورس به این فکر افتاد که تصویری را بکشد که مورد توجه قرار گیرد آمریکا که هرگز مونالیزا، "شام آخر" و دیگر شاهکارهای هنر جهان را ندیده بود. در سال 1829 به اروپا رفت و تابلوی لوور را در آنجا کشید که در پس‌زمینه آن شاهکارهای زیادی را به تصویر کشید که بوم در آن گنجانده شده بود. در سال 1832، مورس، پر از امید، بوم های نقاشی خود را بسته بندی کرد و به آمریکا بازگشت. او به عنوان یک هنرمند سوار قایق بسته بندی سالی شد و به عنوان یک مخترع به ساحل آمد. چگونه این اتفاق افتاد؟ در این گفتگو، به آزمایشات اروپایی در زمینه الکترومغناطیس پرداخت. «استخراج جرقه از آهنربا» یکی از معجزات آن زمان بود. مورس بلافاصله پیشنهاد کرد که از ترکیب جرقه ها می توان به عنوان استفاده کرد کد ارسال پیام از طریق سیم. این ایده او را بسیار مجذوب خود کرد، علیرغم این واقعیت که حتی ابتدایی ترین قوانین برق برای او تقریباً ناشناخته بود (در دوران جوانی او فقط یک بار به یک سخنرانی در مورد برق گوش داد، قاطعانه معتقد بود که یک فرد می تواند به هر چیزی برسد، او فقط). باید به طور محکم مورد را درک کند. در طول سفر یک ماهه به سواحل آمریکا، مورس چندین طرح اولیه را ترسیم کرد. او سه سال بعد را به طور ناموفق در تلاش برای ساختن دستگاهی بر اساس آنها گذراند. او چندین باتری ولتایی، میله های آهنی و سیم در اختیار داشت. آنها را طبق نموداری که خودش کشیده بود وصل کرد و مدار را کامل کرد. بدون نتیجه! چندین سوئیچ درست کرد. بازم هیچی! او برای روزهای زیادی با نصب دست و پنجه نرم کرد، اما فایده ای نداشت. در نهایت ناامید به همکارش از گروه شیمی لئونارد گیل کمک گرفت. گیل به ساختار درمانده مورس نگاه کرد و به او رحم کرد. او به مورس نشان داد که لازم است سیم را عایق بندی کرد، نحوه سیم پیچی و اتصال باتری را به چنین مداری نشان داد. و در نهایت، دستگاه مورس نشانه هایی از زندگی نشان داد. طرح های اولیه برای تلگراف مورس کاملا ساده و بسیار پیچیده بود. مدل های بعدی تلگراف به یک کلید سیگنال مجهز شدند که با کمک آن مدار بسته و باز می شد.
شکل 15
4 دانش آموز: در سپتامبر 1837، مورس اختراع خود را با موفقیت در دانشگاه نیویورک به نمایش گذاشت. سیگنال بیش از 1700 فوت سیم ارسال شد. اما برای ایجاد یک نصب تلگراف که قادر به انتقال سیگنال در فواصل طولانی باشد، به پول نیاز بود. دولت آمریکا از دادن یارانه برای ایجاد ارتباطات تلگراف در امتداد سواحل اقیانوس اطلس امتناع کرد و مورس به اروپا رفت. در انگلستان، به مورس گفته شد که وتستون قبلاً تلگراف الکترومغناطیسی را اختراع کرده است که می تواند با مراجعه به نزدیکترین اداره پست آن را تأیید کند (شکل 16).
شکل 16
در روسیه، مورس متوجه شد که بارون شیلینگ، سفیر روسیه در اتریش، تلگراف الکترومغناطیسی را در سال 1825 اختراع کرده است (شکل 17)، اما ایده ارتباط فوری بین مردم در نقاط دوردست کشور بسیار فتنه انگیز به نظر می رسید. تزار روسیه که حتی ذکر اختراع آن را در چاپ ممنوع کرد. هیچ یک از سیستم های مختلف تلگراف به اندازه دستگاه مورس ساده یا موفق نبودند. بنابراین، مخترع امید خود را از دست نداد، اگرچه وضعیت او هرگز تا این حد ناامید نبوده بود. مورس سرانجام به پرینستون رفت تا با پروفسور جوزف هنری مشورت کند.
شکل 17
رله ای که شش سال قبل توسط هنری اختراع شد، می توانست مشکلی را که مورس با آن روبرو بود حل کند. هنری به مورس پیشنهاد کرد که مدار فرستنده را نه مستقیماً، بلکه از طریق تعداد زیادی از مدارهای الکتریکی به دستگاه گیرنده متصل کرد. هر مدار منبع جریان و رله مخصوص به خود را داشت. هنری به مورس توضیح داد که چنین سیستم زنجیره ای می تواند سیگنال های الکتریکی را هزاران مایل ارسال کند و در انتهای "زنجیره دیزی" قدرت ضربه برابر با شدت سیگنال ارسالی خواهد بود.
5 دانش آموز: مورس به نیویورک بازگشت و دستگاه خود را مطابق با دستورات هنری دوباره طراحی کرد. در سال 1843، مورس دوباره برای دریافت یارانه به دولت آمریکا مراجعه کرد. وقتی لایحه یارانه در نهایت به مجلس نمایندگان ارائه شد، نمایندگان با آن به عنوان یک شوخی خنده دار برخورد کردند، اما با این وجود پول را تخصیص دادند. مورس و شرکای او تصمیم گرفتند با قرار دادن یک دستگاه پیچیده در یک لوله سربی، یک خط زیرزمینی بسازند، مبلغ هنگفتی برای آن خرج کردند و سپس معلوم شد که پیمانکاران سیم‌ها را بدون عایق گذاشته‌اند و این خط به دلیل اتصال کوتاه زیاد فلج شده است. . مورس در ناامیدی بود، اما در اینجا جوزف هنری دوباره به کمک او آمد و تمام صف از درختان و میله ها آویزان شد، با گردن بطری ها به عنوان عایق. و سپس روز مهم 24 مه 1844 فرا رسید. مورس دستگاه خود را در تالار دادگاه عالی در کاپیتول راه اندازی کرد، انبوهی از مقامات دولتی، قضات و نمایندگان کنگره در آنجا جمع شده بودند و همه مشاهده می کردند که اطلاعات از بالتیمور تقریباً بلافاصله به واشنگتن می رسد. در سال 1850، مورس و شرکای او شرکت مغناطیسی تلگراف را برای ایجاد خط بین نیویورک و فیلادلفیا ایجاد کردند. این یک پیروزی بود - تلگراف مورس کار می کرد و اطلاعات را در فواصل وسیع منتقل می کرد. این مورس بود که توانست دستگاهی را طراحی و ایجاد کند که تقریباً 100 سال در خطوط تلگراف در همه کشورها استفاده می شد (شکل 18).
شکل 18
6 دانش آموز: علاوه بر این، مورس الفبای معروفی را توسعه داد که در آن تمام حروف الفبا با ترکیبی از نقطه و خط تیره نشان داده می شد که به نام او نامگذاری شد و رمز اصلی تلگراف شد. دستگاه مورس چگونه کار می کرد؟ از دستگاه فرستنده با استفاده از کلید مورس با بستن مدار الکتریکیسیگنال های الکتریکی کوتاه یا طولانی مربوط به نقطه یا خط تیره کد مورس در خط ارتباطی تولید می شد. در دستگاه دریافت کننده تلگراف، در هنگام عبور سیگنال (جریان الکتریکی)، آهنربای الکتریکی یک آرمیچر را جذب کرد که یک چرخ آغشته به جوهر به طور صلب به آن متصل شد. چرخ بر روی نوار کاغذی که توسط مکانیزم فنری کشیده شده بود، علامت سیاهی بر جای گذاشت. این نوع ارتباط تا اوایل قرن بیستم مورد استفاده قرار می گرفت تا اینکه ارتباطات رادیویی فراگیر شد. همه چیز با اختراع آهنربای الکتریکی شروع شد!
تحکیم
پس بچه ها، درس ما رو به پایان است. بیایید بررسی کنیم که کدام یک از شما محقق واقعی شده است. کل کلاس به شش گروه تقسیم می شود. به هر گروه یک سوال برای بحث داده می شود. سوالات:
- اگر دو سیم پیچی که روی سیم های نازک آویزان شده اند در کنار یکدیگر چگونه جریان داشته باشند؟
- چگونه میدان مغناطیسی سیم پیچ حامل جریان را تقویت کنیم؟
- چه کسی و چه زمانی اولین آهنربای الکتریکی را اختراع کرد؟
- اگر شرط این است که جریان الکتریکی نسبتا ضعیف باشد چگونه یک آهنربای الکتریکی قوی بسازیم؟
- چگونه یک آهنربای الکتریکی بسازیم که نیروی بالابری آن قابل تنظیم باشد؟
- لازم است یک جعبه چوبی با بار با استفاده از جرثقیل الکترومغناطیسی بلند شود. راهی برای این کار پیشنهاد کنید.
پس از بحث گروهی، یک دانش آموز از هر گروه به سوال پاسخ می دهد.
مشق شب. پاراگراف 58، کتاب درسی "فیزیک-8"، نویسنده Peryshkin A.V.، تمرین 28، وظیفه 9، گزارش یا ارائه ای با موضوع: "طراحی و کاربرد آهنرباهای الکتریکی" تهیه کنید.
بچه ها! امروز سخت با شما کار کردیم. یک ضرب المثل چینی می گوید:
«آدم از سه طریق می‌تواند باهوش شود: با تقلید - این آسان‌ترین راه است، با تجربه - این دشوارترین راه است و با تأمل - این اصیل‌ترین راه است.» امروز با هم سعی کردیم مسیرهای مختلفی را به سمت هدف مورد نظر خود طی کنیم و امیدوارم هر کدام از شما علاقه مند به یادگیری چیزهای جدید در این مسیر بوده باشید. با تشکر از همه شما برای توجه و کار شما.
اگر در فضای اطراف بی حرکت بارهای الکتریکییک میدان الکترواستاتیک وجود دارد، سپس در فضای اطراف بارهای متحرک (و همچنین در اطراف میدان های الکتریکی متغیر با زمان، که ماکسول در ابتدا پیشنهاد کرد) وجود دارد. این به راحتی قابل مشاهده است.
به لطف میدان مغناطیسی است که جریان های الکتریکی با یکدیگر و همچنین آهنرباها و جریان های دائمی با آهنربا در تعامل هستند. در مقایسه با برهمکنش الکتریکی، برهمکنش مغناطیسی بسیار قوی تر است. این تعامل زمانی توسط آندره ماری آمپر مورد مطالعه قرار گرفت.
در فیزیک، مشخصه میدان مغناطیسی B است و هر چه بزرگتر باشد، میدان مغناطیسی قوی تر است. القای مغناطیسی B یک کمیت برداری است، جهت آن با جهت نیروی وارد بر قطب شمال یک سوزن مغناطیسی معمولی که در نقطه‌ای از میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد منطبق است - میدان مغناطیسی سوزن مغناطیسی را در جهت بردار B جهت می‌دهد. یعنی در جهت میدان مغناطیسی.
بردار B در هر نقطه از خط القای مغناطیسی به صورت مماس بر آن جهت می شود. یعنی القایی B اثر نیروی میدان مغناطیسی بر جریان را مشخص می کند. نقش مشابهی توسط کشش E برای ایفا می شود میدان الکتریکی، مشخص کردن اثر نیروی میدان الکتریکی بر بار.
ساده‌ترین آزمایش با براده‌های آهن به ما امکان می‌دهد تا به وضوح پدیده عمل میدان مغناطیسی را بر روی یک جسم مغناطیسی نشان دهیم، زیرا در یک میدان مغناطیسی ثابت، قطعات کوچک فرومغناطیس (چنین قطعات براده‌های آهن هستند) در امتداد میدان مغناطیسی می‌شوند. سوزن های مغناطیسی، مانند دست های قطب نما کوچک.
اگر یک هادی مسی عمودی را بردارید و آن را از سوراخی در یک کاغذ افقی (یا پلکسی گلاس یا تخته سه لا) رد کنید و سپس براده های فلزی را روی ورق بریزید و کمی تکان دهید و سپس آن را در امتداد هادی رد کنید. دی سی، پس به راحتی می توان متوجه شد که چگونه خاک اره به شکل گرداب در دایره هایی در اطراف هادی در یک صفحه عمود بر جریان موجود در آن قرار می گیرد.
این دایره های ساخته شده از خاک اره تصویری نمادین از خطوط القای مغناطیسی B میدان مغناطیسی یک هادی حامل جریان خواهد بود. مرکز دایره ها، در این آزمایش، دقیقاً در مرکز، در امتداد محور هادی با جریان قرار خواهد گرفت.
تعیین جهت بردارهای القایی مغناطیسی B یک هادی حامل جریان یا با قانون پیچ راست آسان است: هنگامی که محور پیچ در جهت جریان در هادی به جلو حرکت می کند، جهت چرخش پیچ یا دسته گیملت (پیچ را داخل یا باز می کنیم) جهت میدان مغناطیسی اطراف جریان را نشان می دهد.
چرا قانون گیملت اعمال می شود؟ از آنجایی که عمل روتور (که در نظریه میدان با پوسیدگی نشان داده می شود)، که در دو معادله ماکسول استفاده می شود، می تواند به طور رسمی به عنوان یک محصول برداری (با عملگر nabla) نوشته شود، و مهمتر از همه به این دلیل که روتور یک میدان برداری را می توان تشبیه کرد (نماینده یک قیاس) به سرعت زاویه‌ای چرخش مایع ایده‌آل (همانطور که خود ماکسول تصور می‌کرد)، که میدان سرعت جریان آن یک میدان برداری معین را نشان می‌دهد، می‌توان برای روتور از همان فرمول‌های قانون که برای سرعت زاویه‌ای توضیح داده شده است استفاده کرد.
بنابراین، اگر گیمل را در جهت گرداب میدان برداری بچرخانید، در جهت بردار روتور این میدان پیچ می شود.
همانطور که می بینید، بر خلاف خطوط میدان الکترواستاتیک که در فضا باز هستند، خطوط القای مغناطیسی اطراف جریان الکتریکی بسته هستند. اگر خطوط شدت الکتریکی E با بارهای مثبت شروع و به بارهای منفی ختم شود، خطوط القای مغناطیسی B به سادگی در اطراف جریان تولید کننده آنها بسته می شوند.
حالا بیایید آزمایش را پیچیده کنیم. به جای یک هادی مستقیم با جریان، یک سیم پیچ با جریان را در نظر بگیرید. فرض کنید برای ما راحت است که چنین کانتوری را عمود بر صفحه نقاشی قرار دهیم، در حالی که جریان به سمت ما در سمت چپ و دور از ما در سمت راست است. اگر اکنون یک قطب نما با سوزن مغناطیسی را در داخل سیم پیچ با جریان قرار دهید، سوزن مغناطیسی جهت خطوط القای مغناطیسی را نشان می دهد - آنها در امتداد محور سیم پیچ هدایت می شوند.
چرا؟ زیرا اضلاع مخالف صفحه سیم پیچ مشابه قطب های سوزن مغناطیسی خواهد بود. جایی که خطوط B از آنجا می آیند، قطب مغناطیسی شمال است، جایی که آنها وارد می شوند، قطب جنوب است. اگر ابتدا یک هادی را با جریان و میدان مغناطیسی آن در نظر بگیرید و سپس به سادگی هادی را به صورت حلقه درآورید، درک این موضوع آسان است.
برای تعیین جهت القای مغناطیسی یک سیم پیچ با جریان، از قانون گیملت یا قانون پیچ سمت راست نیز استفاده می کنند. نوک گیملت را در مرکز سیم پیچ قرار دهید و شروع به چرخش آن در جهت عقربه های ساعت کنید. حرکت انتقالی گیملت در جهت با بردار القای مغناطیسی B در مرکز سیم پیچ منطبق خواهد بود.
بدیهی است که جهت میدان مغناطیسی جریان با جهت جریان در هادی اعم از هادی مستقیم یا سیم پیچ ارتباط دارد.
به طور کلی پذیرفته شده است که طرف سیم پیچ یا چرخش با جریانی که خطوط القای مغناطیسی B از آن خارج می شود (جهت بردار B به سمت بیرون است) قطب مغناطیسی شمال است و جایی که خطوط وارد می شوند (بردار B به سمت داخل هدایت می شود. ) قطب مغناطیسی جنوب است.
اگر چرخش های زیادی با جریان یک سیم پیچ بلند - یک شیر برقی (طول سیم پیچ چند برابر بیشتر از قطر آن است) تشکیل دهند، میدان مغناطیسی داخل آن یکنواخت است، یعنی خطوط القای مغناطیسی B با یکدیگر موازی هستند و در تمام طول سیم پیچ چگالی یکسانی دارند. به هر حال، میدان مغناطیسی یک آهنربای دائمی از بیرون شبیه به میدان مغناطیسی یک سیم پیچ با جریان است.
برای سیم پیچی با جریان I، طول l، با تعداد دور N، القای مغناطیسی در خلاء عددی برابر با:
بنابراین، میدان مغناطیسی داخل سیم پیچ با جریان یکنواخت است و از جنوب به قطب شمال (داخل سیم پیچ!) هدایت می شود. سیم پیچ با جریان
