ПРОЕКТНАЯ РАБОТА
ОТКУДА У МАГНИТА ПРИТЯЖЕНИЕ?
Выполнил: ученик 2 «И» класса ГБОУ школы 1561 Казаков Михаил
Проверил:
Москва 2017-2018
Содержание
ГЛАВА | СТР. |
Введение | |
Глава I | |
Глава II | |
Заключение | |
Введение
Актуальность
Я выбрал эту тему, потому что магнит часто применяется во многих областях науки и техники, в электронике. И эта тема мне интересна. Магнит сегодня можно встретить где угодно: в компасе, в кредитной карте, в застежках на одежде и сумках, в игрушках (магнитный конструктор, например), в трансформаторах. Магнит используется в знаменитом скоростном поезде Маглев
в Китае в Шанхае.
Это поезд на магнитном подвесе, движимый и управляемый магнитными силами. Такой поезд в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью движения существует зазор, и трение исключается, то поезд ничего не тормозит, кроме воздуха, поэтому он может развивать скорость до 600 км/час.
Цель
Выяснить, откуда у магнита притяжение, и провести опыты, чтобы понять, как магнит работает.
Задачи
Разобраться, что такое магнит и как он устроен. Выяснить, откуда у магнита притяжение. Посмотреть с помощью железной стружки, как выглядит магнитное поле. Посмотреть, как ведет себя магнит с различными материалами и в различных условиях.
Гипотеза
Притяжение у магнита - от магнитных полей.
ГЛАВА I
Магнит — тело, обладающее собственным магнитным полем. Возможно, слово происходит от греческого «камень из Магнесии» — от названия региона Магнисия и древнего города Магнесия в Малой Азии, где в древности были открыты залежи магнетита.
Старинная легенда рассказывает о пастухе по имени Магнус. Он обнаружил однажды, что железный наконечник его палки и гвозди сапог притягиваются к чёрному камню. Этот камень стали называть «камнем Магнуса» или просто «магнитом», по названию местности, где добывали железную руду (холмы Магнезии в Малой Азии). За много веков до нашей эры было известно, что некоторые каменные породы обладают свойством притягивать куски железа. Первое научное изучение свойств магнита было предпринято в 13 веке ученым Петром Перегрином. Он написал «Книгу о магните», где он писал о многих фактах магнетизма: у магнита есть два полюса, которые ученый назвал северным и южным; невозможно отделить полюса друг от друга разламыванием. Перегрин писал и о двух видах взаимодействия полюсов — притяжении и отталкивании. В 12—13 веках нашей эры магнитные компасы уже использовались в навигации в Европе, в Китае и других странах мира.
В 1600 году вышло сочинение английского врача Уильяма Гильберта «О магните». К известным уже фактам Гильберт прибавил важные наблюдения: усиление действия магнитных полюсов железной арматурой, потерю магнетизма при нагревании и другие. В 1820 году датский физик на лекции попытался продемонстрировать своим студентам отсутствие связи между электричеством и магнетизмом, включив электрический ток вблизи магнитной стрелки. По словам одного из его слушателей, он был буквально «ошарашен», увидев, что магнитная стрелка после включения тока начала совершать колебания. Большой заслугой Эрстеда является то, что он оценил значения своего наблюдения и повторил опыт. Соединив длинным проводом полюса гальванической батареи, Эрстед протянул провод горизонтально и параллельно свободно подвешенной магнитной стрелке. Как только был включён ток, стрелка немедленно отклонилась, стремясь встать перпендикулярно к направлению провода. При изменении направления тока стрелка отклонилась в другую сторону. Вскоре Эрстед доказал, что магнит действует с некоторой силой на провод, по которому идёт ток.
Открытие взаимодействия между электрическим током и магнитом имело огромное значение. Оно стало началом новой эпохи в учении об электричестве и магнетизме. Это взаимодействие сыграло важную роль в развитии техники физического эксперимента.
Узнав об открытии Эрстеда, французский физик Доминик Франсуа Араго начал серию опытов. Он обмотал медной проволокой стеклянную трубку, в которую вставил железный стержень. Как только замкнули электрическую цепь, стержень сильно намагнитился и к его концу крепко прилипли железные ключи; когда выключили ток, ключи отпали. Араго рассматривал проводник, по которому идёт ток, как магнит. Правильное объяснение этого явления было дано после исследования французского физика Андре Ампера, который установил внутреннюю связь между электричеством и магнетизмом. В сентябре 1820 года он сообщил Французской Академии наук о полученных им результатах.
Затем Ампер в своем «станке» заменил раму свободно подвешенным спиральным проводником. Этот провод при пропускании по нему тока приобретал свойство магнита. Ампер назвал его соленоидом. Исходя из магнитных свойств соленоида, Ампер предложил рассматривать магнетизм как явление, обязанное круговым токам. Он считал, что магнит состоит из молекул, в которых имеются круговые токи. Каждая молекула представляет собой маленький магнитик, располагаясь одноимёнными полюсами в одну и ту же сторону, эти маленькие магнитики и образуют магнит. Проводя вдоль стальной полосы магнитом (несколько раз в одну и ту же сторону), мы заставляем молекулы с круговыми токами ориентироваться в пространстве одинаково. Таким образом, стальная пластинка превратится в магнит. Теперь стал понятен и опыт Араго со стеклянной трубкой, обмотанной медным проводом. Вдвинутый в неё железный стержень стал магнитом потому, что вокруг него шёл ток. Это был электромагнит.
В 1825 году английский инженер Уильям Стёрджен изготовил первый электромагнит, представляющий собой согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки. Для изолирования от обмотки стержень был покрыт лаком. При пропускании тока железный стержень приобретал свойства сильного магнита, но при прерывании тока он мгновенно их терял. Именно эта особенность электромагнитов позволила широко применять их в технике.
Что такое магнит? Это материал, имеющий определенную степень намагниченности. Эта способность возникает благодаря тому, что молекулы магнита имеют свое поле и движутся не хаотично, как во многих других веществах, а строго в двух направлениях. Эта взаимная противоположность обладает свойствами притяжения и отталкивания металлических предметов. Если попробовать соединить магниты с одинаковыми полюсами, то можно почувствовать отторжение. Противоположные стороны, в свою очередь, притянутся друг друга. Это связано с тем, в каком направлении движутся волны магнитных полей. Стоит отметить, что ни один кусок магнита не может быть однополярным. При его разламывании молекулы в каждом кусочке снова образуют северный и южный полюса.
Магни?тное по?ле — силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом.
Магнитное поле может создаваться током заряженных частиц и/или магнитными моментами электронов в атомах.
Магнитное поле можно назвать особым видом материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом. Магнитные поля являются необходимым следствием существования электрических полей. Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле, проявлениями которого являются, в частности свет и все другие электромагнитные волны.
Размагничивание
Размагнитить материалы можно различными способами:
- нагревание магнита выше температуры Кюри всегда ведёт к размагничиванию (температура Кюри для каждого магнита разная, например для неодимового магнита это от +80 до +220 °С); сильный удар молотком по магниту, или просто сильный удар ведет к размагничиванию. поместить магнит в переменное магнитное поле
Виды магнитов
Что такое магниты и в чем их отличие? Работа многих электроприборов, датчиков, домашней техники зависит от типа магнитов, которые в них присутствуют. Каждый обладает своими особенностями. Они выполняет определенные функции, в зависимости от сферы использования. К основным видам относятся электромагниты, постоянные и временные магниты. Стоит рассмотреть подробнее каждый вид. Что такое постоянный магнит? Это материал, способный продолжительное время сохранять намагниченность. Его молекулы движутся в постоянном направлении и образуют магнитное поле при отсутствии электрического тока. Его еще называют природным магнитом.
Примером временного магнита являются скрепки, кнопки, гвозди, нож и другие предметы обихода, изготовленные из железа. Их сила в том, что они притягиваются к постоянному магниту, а при исчезновении магнитного поля, теряют свое свойство.
Типы постоянных магнитов
Ферритовые магниты – самые известные и часто используемые. Это материал черного цвета может использоваться в качестве крепежей различных предметов, например, для плакатов, для настенных досок в офисе или школе. Они не теряют своих свойств притяжения при температуре не ниже 250°С.
Альнико - магнит, состоящий из сплава алюминия, никеля и кобальта. Очень устойчив к высоким температурам и может применяться при 550°С. Используется в науке.
Самариевые магнитные сплавы - это очень надежный магнит, поэтому его используют свойств в военных разработках. Он устойчив к высокой температуре, окислению и ржавчине.
Что такое неодимовый магнит? Это сплав железа, бора и неодима. Его еще называют супермагнитом, так как он имеет очень мощное магнитное поле. Неодимовый магнит способен сохранить свои свойства на протяжении 100 лет.
ГЛАВА I?
Интересно, хватит ли мощности магнита, чтобы удержать металлическую скрепку в воздухе?
Прикрепим к одному концу нитки металлическую скрепку. Другой конец нитки закрепим к чему-то тяжелому, можно взять, например, игрушечную машинку, как мы и сделали. Магнит прикрепим к прочной опоре, можно к ножке стула или стола, это не так важно. Затем подносим на небольшое расстояние скрепку к магниту, но чтобы они касались друг друга. На определенном расстоянии чувствуется, как скрепка притягивается к магниту, но нитка натянута и не даст им соединиться. Отпусти скрепку и … скрепка висит в воздухе! Можно попробовать утяжелить конструкцию и прикрепить другие скрепки. И все равно они продолжают висеть в воздухе, без видимой опоры. Но мы-то знаем, что их держит сила, сила магнитного притяжения - магнитное поле
фото
Магнитное поле
Как же нам узнать, как выглядит магнитное поле? Мы хотим показать один из способов. Возьмем металлическую стружку, высыпем ее на бумагу, а с обратной стороны поднесем магнит. Мы увидим, что стружки пришли в движение и выстроились не хаотично, а в определенном направлении. Каждая маленькая стружка стала маленьким магнитом. Все вместе они показывают форму магнитного поля нашего магнита. См. фото
Компас
Магнитным полем обладает наша земля. Земля по сути большой магнит. Магнитное поле Земли защищает нас от опасного радиоактивного космического излучения. Трудно переоценить значение магнитного поля для жизни на Земле. Не будь его, и, возможно, не было бы такого многообразия животных форм и растений, которые мы наблюдаем сейчас.
Известно, что магнитное поле магнитов взаимодействует с магнитным полем Земли. Это позволяет компасу показывать точное направление на северный и южный магнитный полюса.
Практически любой предмет, можно намагнитить. Например, если потереть иголку об одежду, то она намагнитится. Если мы нальем воды в емкость, положим на воду любой материал который может плавать и на этот материал положим иголку, то увидим, что иголка начнет двигаться и остановится указывая одним концом на север, а другим на юг. Таким образом мы сделали компас из подручных материалов.
В основе любого магнита лежит магнитное поле. Магнитом может быть не только природный материал содержащий железо, но и обычные повседневные вещи. Например, если взять обычную пластиковую шариковую ручку и потeреть об одежду, лучше обо что-то шерстяное и потом поднести к заранее сделанным маленьким бумажным листочкам, то увидим, что листочки притягиваются к ручке как будто железные стружки к магниту.
См. рис
Магнитная левитация
Проводим интересный эксперимент. Возьмем медную трубку и неодимовый магнит. Мы можем проверить, что медь немагнитный материал, т. к. не притягивается к магниту. Неодимовый магнит, как известно, обладает очень сильным магнитным полем. Возьмем магнит в руку, поднимем его и отпустим. Мы увидим, что он быстро упал на пол. Теперь возьмем медную трубку, вставим магнит внутрь и так же отпустим. Что же мы увидим? А то, что магнит очень медленно падает сквозь трубку, как лист бумаги. Это происходит, пока он находится в медной трубке. И пройдет достаточно много времени пока он упадет на пол. Это явление называют магнитной левитацией. Почему так происходит? Потому, что когда магнит приходит в движение, то в трубке образуется вихревые токи, которые в свою очередь образуют магнитное поле. Т. е. получается, что это новое магнитное поле отталкивает неодимовый магнит, поэтому он так медленно двигается. Магнит не может полностью остановиться, потому что сила притяжения Земли в данном случае больше.
фото
Как взаимодействует электрический ток и магнитное поле?
Возьмем обычную батарейку, поставим ее на магнит, сделаем рамку из медной проволоки и поставим сверху батарейки (как показано на фотографии). Мы увидим, что рамка пришла в движение и быстро вращается, сама. Это происходит потому, что от батарейки в медной рамке возникает электромагнитное поле и оно отталкивается от магнитного поля нашего магнита, что и вращает ее так быстро. Мы только что собрали простейший электродвигатель, который в современном мире используется везде (в троллейбусах, трамваях, в лифтах, в подъемных кранах и эскалаторах, в автомобилях, бытовой технике и много где еще).
См. рис
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итак, притяжение у магнита - от природы, благодаря строению: молекулы магнита движутся упорядоченно и образуют магнитное поле. Таким образом, нам удалось ответить на поставленный вопрос и выполнить поставленные перед нами задачи: с помощью опытов проверить свойства магнита.
Удалось проверить и подтвердить предположение о том, что магнит магнитит только определенные материалы (железо), что магнит не притягивает алюминий, пластмассу, дерево.
Гипотеза о том, что притяжение у магнита - от магнитных полей, доказана на примере проведенных опытов.
Поставленная цель и задачи проекта выполнены: исследован вопрос о том, что такое магнит, откуда у него притяжение, как работает магнит, опытным путем доказаны некоторые свойства магнита.
Дальнейшие планы по исследованию магнита – с помощью родителей проверить взаимодействие неодимового магнита со сверхпроводником при температуре ?195,75 °C, чтобы посмотреть, как магнит будет парить в воздухе.
В итоге проведенное исследование позволило узнать много нового и интересного про магниты, их типы и виды, их применение, что магнит очень много применяется в повседневной жизни и в быту и может быть источником электричества.
