Oerstedův experiment
Použité senzory: Senzor magnetického pole (funkce "Magnetometr")
Kategorie: Elektřina a magnetismus
Potřeby: měděný drát, tužková baterie (popř. více různých druhů baterií), aplikace Phyphox, magnet
Teorie
Magnetické senzory v chytrých telefonech, běžně využívané k navigaci, jsou tři na sebe navzájem kolmé senzory, které detekují magnetické pole (většinou Země). Umožňují tak určit orientaci telefonu vůči severu. To je klíčové pro navigační aplikace, jako jsou Mapy.cz nebo Google Maps, které používají senzor pro přesné směrování.
Tyto senzory lze ale použít i pro fyzikální experimenty. Jeden z nejdůležitějších objevů v historii fyziky – Oerstedův experiment – ukazuje, že elektrický proud ve vodiči vytváří magnetické pole. Tento vztah mezi elektrickým a magnetickým polem je základem elektromagnetismu.
Vodič s protékajícím elektrickým proudem generuje magnetické pole, jehož směr lze určit pravidlem pravé ruky: pokud uchopíme vodič tak, že palec ukazuje směr proudu, prsty obepínající vodič naznačí směr magnetického pole. V následujícím experimentu můžeme pozorovat změny směru magnetického pole v závislosti na velikosti elektrického proudu a jeho orientaci.
Postup
Nejprve určujeme polohu magnetického senzoru v chytrém telefonu. To lze provést tak, že zapneme aplikaci Phyphox, zapneme experiment "Magnetometr" a po jeho spuštění tlačítkem "Play" vpravo nahoře umisťujeme kolem telefonu malý magnet. Magnetický senzor telefonu je umístěn tam, kde je detekován maximální magnetický tok. Pozor, magnet by neměl být příliš blízko telefonu, aby nedošlo k ovlivnění vnitřních procesů přístroje (navíc některé telefony automaticky přeškálovávají, pokud je údaj moc velký).
Poté umístíme vodič přesně nad magnetický senzor telefonu. K oběma koncům baterie přiložíme drát (čímž uzavřeme obvod, umožníme průchod stejnosměrnému proudu a tak zkratujeme baterii) a sledujeme změny v amplitudě magnetického pole, které aplikace zobrazuje (Obr. 1). Můžeme experimentovat s různými směry vodiče, typem baterií (neboli velikostí proudu) apod.
Obrázek 1. Uspořádání pokusu.
V popsaném experimentu jsme zkratovali baterii v důsledku čehož se začne zahřívat. Je tedy dobré ji nedržet v rukou. Případně můžeme do obvodu sériově zapojit odpor (žárovku).
Poznámky
Tento experiment je převážně kvalitativní, jeho cílem je ukázat souvislost mezi elektrickými a magnetickými poli. Přesné měření hodnot zde není nutné, důraz je kladen na pozorování a pochopení velikosti a směru magnetického pole. Díky jednoduchému vybavení je vhodný pro demonstrační účely i praktické úlohy pro studenty.