5. Как установится магнитная стрелка вблизи проводника с током при замыкании цепи? (темная сторона стрелки – северный полюс).

Решение:

Когда цепь замыкается, по проводнику начинает течь электрический ток. Этот ток создает вокруг себя магнитное поле. Магнитная стрелка, будучи чувствительной к магнитным полям, будет ориентироваться в этом поле. Направление магнитного поля, создаваемого проводником с током, определяется правилом правой руки: если обхватить проводник правой рукой так, чтобы большой палец указывал направление тока, то согнутые пальцы покажут направление силовых линий магнитного поля.

В данном случае, проводник расположен вертикально, а стрелка — рядом с ним. Предполагается, что темная сторона стрелки — это ее северный полюс.

Если ток в проводнике течет вверх (от положительного полюса батареи к отрицательному, через проводник и лампочку), то по правилу правой руки, магнитное поле вокруг проводника будет направлено по часовой стрелке (если смотреть сверху). Это означает, что северный полюс магнитной стрелки будет притягиваться к южному полюсу магнитного поля, создаваемого током, а южный полюс стрелки — к северному полюсу магнитного поля.

Однако, рисунок показывает, что проводник находится перед магнитной стрелкой. Если ток течет вверх по проводнику, то ближайшая к стрелке сторона проводника будет создавать магнитное поле, направленное, например, вправо (если мы смотрим на стрелку сбоку, и ток течет вверх). Если же проводник находится перед стрелкой, и ток течет от нас (от плюс к минус), то северный полюс стрелки будет отталкиваться от северного полюса поля, созданного током, и притягиваться к южному полюсу поля. Если ток течет к нам, то северный полюс стрелки притянется к северному полюсу поля.

Без точного изображения расположения проводника относительно стрелки и направления тока, трудно дать однозначный ответ. Однако, если предположить, что проводник создает магнитное поле, которое взаимодействует со стрелкой, то стрелка повернется. Варианты А) и Б) маловероятны, так как ток создает магнитное поле. Вариант В) и Г) описывают поворот стрелки. Направление поворота зависит от направления тока и расположения стрелки.

Предположим, что проводник расположен вертикально, и ток течет вверх. Магнитная стрелка находится справа от проводника. Тогда магнитное поле, создаваемое током, будет направлено перпендикулярно проводнику, и по правилу правой руки, для стрелки справа от проводника, это поле будет направлено от нас. Северный полюс стрелки (темная сторона) будет стремиться указать направление силовых линий поля. Если силовые линии направлены от нас, то северный полюс стрелки будет направлен от нас.

Если же проводник расположен горизонтально, как на рисунке (параллельно плоскости стола), и ток течет от замыкающего контакта (К) к лампочке (Л), то по правилу правой руки, магнитное поле над проводником будет направлено в одну сторону, а под проводником — в другую. Магнитная стрелка, расположенная рядом, повернется в соответствии с направлением этого поля. Если предположить, что стрелка находится над проводником, и ток течет слева направо, то северный полюс стрелки будет направлен, например, вверх, к нам.

Исходя из стандартных демонстраций, часто используется вертикальный проводник. Если ток течет вверх, северный полюс стрелки будет отклоняться в сторону, противоположную направлению тока, если стрелка находится слева от проводника, и в ту же сторону, если справа. Если ток течет вниз, то наоборот.

Варианты ответа предполагают, что стрелка установится каким-либо образом. Темная сторона стрелки — северный полюс. Если ток течет в цепи, возникает магнитное поле. Магнитная стрелка ориентируется по этому полю. Без более точного расположения проводника и направления тока, мы должны исходить из общих принципов. Часто в таких экспериментах стрелка поворачивается.

Рассмотрим рисунок. Есть батарея, ключ (К), проводник, лампочка (Л). Проводник расположен вертикально. Ток течет из положительной клеммы батареи, через ключ, затем вверх по проводнику, через лампочку, и возвращается к отрицательной клемме. Если стрелка находится рядом с вертикальным проводником, ее северный полюс (темная сторона) будет реагировать на магнитное поле тока. По правилу правой руки, если ток течет вверх, то справа от проводника магнитное поле направлено от нас. Северный полюс стрелки будет отталкиваться от поля. Если магнитное поле направлено от нас, то северный полюс стрелки будет указывать туда.

Вариант В)