Как образуются магниты и откуда берутся их свойства?
Вот это вот притягивание гвоздиков и скрепок, откуда оно у материала?
Вся материя состоит из атомов. Атом можно рассматривать как маленькое ядро материала, вокруг которого вращаются еще более мелкие частицы, называемые электронами. Электроны имеют электрический заряд поэтому когда они вращаются, они образуют небольшие петли электрического тока вокруг каждого ядра. Магнитные поля формируются электричеством. В большинстве материалов маленькие магниты, образованные каждым атомом, направлены в разные стороны, поэтому они взаимно компенсируют друг друга. В некоторых материалах, таких как магнетит или железная руда, магнитное поле Земли выровняло все атомные магнитные силы, сделав весь камень одним большим магнитом.
Люди использовали естественно образовавшиеся магниты в течение тысяч лет. Когда было обнаружено, что другие материалы также могут быть превращены в магниты, мы начали производить более сильные магниты различными способами. Некоторые металлы для этих целей можно подвергнуть воздействию магнитных полей. Нагрев металла, пока он находится в поле, и удар по нему, пока он остывает, еще больше увеличивает эффект.
Природные (естественные) магниты
Магнитные свойства некоторых природных минералов были известны уже в древности. Так, имеются письменные свидетельства более чем 2000-летней давности об использовании в Китае естественных постоянных магнитов в качестве компасов. О притяжении и отталкивании магнитов и намагничивании ими железных опилок упоминается в трудах древнегреческих и римских ученых (например, в поэме «О природе вещей» Лукреция Кара).
Природные магниты представляют собой куски магнитного железняка (магнетита), состоящего из FeO (31 %) и Fe 2 0 (69 %). Если такой кусок минерала поднести к мелким железным предметам — гвоздям, опилкам, тонкому лезвию и т. д., они к нему притянутся (рис. 3.34, а).
Искусственные постоянные магниты
Искусственные постоянные магниты изготавливают из специальных сплавов, в которые входят железо, никель, кобальт и др. Эти металлы приобретают магнитные свойства (намагничиваются), если их поднести к постоянным магнитам. Поэтому, чтобы изготовить из них постоянные магниты, их специально держат в сильных магнитных полях, после чего они сами становятся источниками постоянного магнитного поля и способны длительное время сохранять магнитные свойства.
На рис. 3.34, б изображены дугообразный и полосовой магниты. На рис. 3.35, а, бданы картины магнитных полей этих магнитов, полученных методом, который впервые применил в своих исследованиях М. Фарадей: с помощью железных опилок, рассыпанных на листе бумаги, на котором лежит магнит. У каждого магнита есть два полюса — это места наибольшего сгущения магнитных силовых линий (их называют также линиями магнитного поля, или линиями магнитной индукции поля). Это места, к которым сильнее всего притягиваются железные опилки (рис. 3.34, в). Один из полюсов принято называть северным ( N ), другой — южным ( S ). Если поднести два магнита друг к другу одноименными полюсами, можно увидеть, что они отталкиваются, а если разноименными — притягиваются.
На рис. 3.35 наглядно видно, что магнитные линии магнита — замкнутые линии(точно такие, как магнитные линии магнитного поля постоянного тока). На рис. 3.36 а, б показаны силовые линии магнитного поля двух магнитов, обращенных друг к другу одноименными и разноименными полюсами. Центральная часть этих картин напоминает картины электрических полей двух зарядов (разноименных и одноименных). Однако существенным различием электрического и магнитного полей является то, что линии электрического поля начинаются на зарядах и заканчиваются на них. Магнитных же зарядов в природе не существует. Линии магнитного поля выходят из северного полюса магнита и входят в южный, они продолжаются и в теле магнита, т. е., как было сказано выше, являются замкнутыми линиями. Поля, силовые линии которых замкнуты, называются вихревыми. Магнитное поле — это вихревое поле (в этом его отличие от электрического).
Магнетизм – природное явление, без которого не было бы Вселенной
Принцип работы магнитов и важность магнетизма в жизни человека
Магниты. Мы знакомы с ними с детства благодаря мультикам, мы видим их ежедневно на своих холодильниках (хоть парочка, да есть там), мы используем их в сотнях технических устройств, даже не подозревая об этом. Да что там говорить, вся планета, на которой мы живем, по своей сути, является одним большим магнитом, генерируя внутренними источниками геомагнитное поле. А явление, получившее название «магнетизм», является основным свойством материи в мироздании – от звезд и Галактик до мельчайших частиц – атомов и электронов.
Из курса школьной физики, возможно, многие вспомнят простейшее определение данного природного явления:
Магнетизм – это взаимодействие движущихся электрических зарядов, происходящее посредством магнитного поля.
Мощное и всеобъемлющее физическое явление, которое является одним из компонентов электромагнетизма, одной из фундаментальных сил природы, открытое в 19 веке и широко применяющееся современными инженерами, физиками и обществом в целом.
Движение электрически заряженных частиц излучает электрические заряды, которые создают магнитное поле. Эти частицы сами становятся крошечными магнитами, каждая со своим Северным и Южным полюсами. Технически вся материя подчинена магнитным силам, которые пронизывают всю Вселенную.
Часто магнитные поля, создаваемые этими частицами, являются случайными, то есть их Северный и Южный полюса уравновешивают друг друга. Некоторые объекты – от кусков железной руды до магнитика на вашем холодильнике – обладают магнитными полями, упорядоченными в одном направлении. Магнитные поля этих объектов становятся тем сильнее, чем будет выше скорость этих электрически заряженных частиц.
При всей своей изученности магнетизм остается в определенном роде таинственным природным явлением. В первую очередь вопросы у ученых возникают по поводу природы явления. Неясными остаются пути зарождения и вариативность различных форм магнетизма.
Разнообразная магнитная среда – от ферро- до электромагнетизма
Интересным для науки представляется и тот факт, что явление может быть не только неоднородным, но и разнообразным. К примеру, существует такое явление, как ферромагнетизм – самая доступная для осознания человечества форма магнетизма, развитие намагниченности которого зависит не только от магнитного поля, но и температуры.
Характерной особенностью ферромагнетиков является гистерезис. Явление гистерезиса заключается в том, что магнитная индукция зависит не только от мгновенного значения, но и от того, какой была напряженность поля раньше. Ранее железные стрелки компаса намагничивались магнетитом (магнитным железняком) или намагниченными минералами магнетита, извлеченными из земли. Это единственная магнитная сила, которую люди могут увидеть, почувствовать.
Возможно, ферромагнетизм и является наиболее наглядной формой магнетизма, но точно не самой важной, по крайней мере, в наши дни. На первое место выходит электромагнетизм.
Как сказал астроном Мишель Талер из Центра космических полетов НАСА, «это фундаментальная сила, ответственная за саму структуру нашей материи».
Электричество и магнетизм тесно переплетены, их поля подпитывают и взаимодействуют друг с другом. Электромагнетизм создает такие краеугольные элементы Вселенной, как свет и энергия, без него атомы и молекулы, из которых мы состоим, разлетелись бы.
В 1865 году физик Джеймс Клерк Максвелл установил связь между двумя этими силами, подготовив почву для формулирования Эйнштейном своей знаменитой теории, получившей название Специальная теория относительности.
Итак, как видно, никого не было бы живого в этом мире, не будь столь фундаментальной силы вокруг и внутри нас. Даже планет и звезд не было бы. Но человечество должно сказать электромагнетизму спасибо второй раз, поскольку именно это явление подарило возможность бурного технического прогресса на протяжении всего XX века.
На сегодняшний день существуют обширные области применения электромагнетизма в повседневной жизни. На электромагнитных волнах работают разнообразные приборы – от микроволновых печей и телевизоров до радиоприемников и рентгеновских аппаратов.
Мы также все знаем об этом с детства: когда объект подвергается воздействию электрического тока, он генерирует временное магнитное поле посредством катушки с током. При увеличении силы тока магнитное поле катушки усиливается. Однако, когда ток отключается, поле исчезает. Это и называется электромагнетизмом.
Гигантский магнит под ногами
Земля, как мы уже сказали в начале нашего повествования, – это, по сути, гигантский магнит с соответствующими геомагнитными Северным и Южным полюсами, причиной чего является внешняя часть железного ядра в Земле.
Каплевидное магнитное поле, создаваемое Землей, которое преломляется солнечными ветрами и называется магнитосферой, обеспечивает работу наших компасов, создает яркие полярные сияния и даже защищает нас от вредного космического излучения. Все это очень важный элемент, защищающий нашу атмосферу.
Намагниченные частицы в лавовых породах, движущиеся вдоль поверхности Земли, регистрируют направление магнитного поля нашей планеты. Именно поэтому ученые могут сказать, что магнитные полюса Земли менялись с течением времени.
В последние годы смещение магнитных полюсов набирает скорость. Исследования показали, что они смещаются со скоростью 56 километров ежегодно. Чем чреват дрейф магнитных полюсов? Он может как нарушить работу навигационных систем, так и вызывать головные боли у метеозависимых людей.
Изучение магнетизма человечеством простирается на тысячи лет в прошлое. Греки первыми задокументировали первые опыты с невидимой силой, но магнетизм был знаком еще древним племенам и аборигенам мезоамерики.
Понимание магнетизма сыграло решающую роль в формировании мира, в котором мы живем сегодня. Без этого явления мы бы пропали. Буквально пропали бы.
Исследовательская работа на тему: "Неживая природа. Магнит"
В работе ученик знакомится с магнитом и его свойствами, выявляет предметы, взаимодействующие с магнитом, определяет материалы не притягивающие к магниту, проводит опыты.
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
| sergeev_artem.zip | 2.41 МБ |
Предварительный просмотр:
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Лицей № 36» Ленинского района г.Саратова
ученик 1.1 класса
II. Основная часть
2.1 Теоретическая часть
а) Магнит — что это?
б) История магнита
в) Основные виды магнитов г)Использование магнитов в жизни человека
2.2 Практическая часть
Список использованной литературы
Я люблю экспериментировать, делать различные открытия и удивляться им, постоянно стремлюсь узнавать что-то новое.
Однажды я в подарок получил магнитный конструктор. Мне очень понравилось с ним играть. Позже были еще другие магнитные игрушки и электронный конструктор, и везде я сталкивался с неведомым мне магнитом и его удивительными свойствами. С тех пор меня заинтересовали магниты. Я стал задумываться: все ли притягивает магнит? Всегда ли магнит сохраняет свою волшебную силу притяжения? Можно ли намагнитить предмет? Когда я попросил родителей рассказать о магните, они предложили мне провести несколько опытов, и самому на практике увидеть и понять многие волшебные его свойства.
Так появилась тема моей работы.
Гипотеза: я предположил, что
- магнит притягивает все металлические предметы;
- можно создать магнитное поле самому, если изучишь свойства магнитов.
Предмет исследования: магниты.
Цель исследования: познакомиться с магнитом и его свойствами, выявить предметы, взаимодействующие с магнитом, определить материалы не притягивающие к магниту.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
- узнать, что такое магнит, какими свойствами обладают магниты;
- выяснить, где применяют магниты;
- провести опыты с магнитом и сделать выводы;
- учиться делать маленькие “открытия” при постановке эксперимента.
II. Основная часть
2.1 Теоретическая часть
а) Магнит — что это?
Магнит — это тело, обладающее магнитным полем и притягивающие другие тела. Каждый магнит имеет «северный» (N) и «южный» (S) полюс. Магниты притягиваются друг к другу разноименными полюсами, а отталкиваются одноименными.
Если большой магнит разломить на два кусочка меньшего размера, каждый из кусочков будет иметь «северный» и «южный» полюса. Нет магнитов с одним полюсом.
В природе магниты встречаются в виде кусков камня – магнитного железняка (магнетита). Он очень похож на железную руду и отличается тем, что может притягивать к себе другие такие же камни.
б) История магнитов.
Весь мир, от гигантских туманностей до элементарных частиц, магнитен. Великое множество магнитных полей пересекаются во вселенной и на Земле в том числе. Земля – гигантский магнит. Солнце – ещё более грандиозный магнит.
Магниты вокруг нас: магнитофон и компьютер, холодильник и банка с гвоздями. Сами мы – тоже магниты, но почему не примагничиваются люди между собой? Ответ очень прост, человеческие магниты очень слабые.
Первые упоминания о магнитах встречаются в Азии и Китае. О магнитах знали в Древней Греции и Древнем Риме. Слово «магнит» происходит от названия провинции Магнезия в Древней Греции. В этой провинции много магнита добывали из горы, в которую часто попадали молнии. Этим, кстати, славится и гора Магнитная на Урале. И состоит она почти целиком из магнетита. И в Азии, и в Европе магнитный камень использовали для ориентирования в роли компаса.
в) Основные виды магнитов.
Постоянные (природные) магниты, временные магниты, электромагниты.
Природные магниты. Природные магниты, называемые магнитной рудой, образуются, когда руда, содержащая железо или окиси железа, охлаждается и намагничивается за счёт земного магнетизма. Это железо.
Временные магниты. Это магниты, которые действуют как постоянные магниты только тогда, когда находятся в сильном магнитном поле, и теряют свой магнетизм, когда магнитное поле исчезает. Это скрепки, гвозди.
Электромагниты. Представляют собой металлический сердечник с индукционной катушкой, по которой проходит электрический ток.
г) Использование магнитов в жизни человека.
Первым прибором, основанным на явлении магнетизма, стал компас. Он был изобретен в Китае, приблизительно между IV и VI веками. Устроен компас довольно просто: внутри у него есть магнитная стрелка, которая вращается вертикально и по кругу, она всегда указывает на север. А определив по стрелке, где север, можно определить и где находятся остальные части света.
Магниты используют в медицине, в детских игрушках, магнитные карточки, строительстве и ремонте, магнитами поднимают тяжелые грузы на заводах, жёсткий диск компьютера, магнитные замки, радио, телефон и т.д .
Автопогрузчик для сбора металлолома с магнитным ковшом, электромагнитный скоростной транспорт, применяются электромагнитные подъемные краны .
2.2 Практическая часть
Свойства магнитов часто кажутся, чуть ли не волшебством. Что бы доказать это я провел следующие опыты.
Вокруг магнита существует магнитное поле. Мы можем его почувствовать, но не можем видеть.
Опыт № 1. Как же нам сделать его видимым. Можно провести опыт с железными опилками и магнитом. Если положить магнит полностью под пятно с опилками, можно заметить, что все опилки расположатся вокруг магнита по определенным линиям. Это и есть линии магнитного поля. Они идут от положительного полюса к отрицательному.
Магнитное поле можно создать искусственно.
Опыт № 2. Надо подвесить к сильному магниту снизу шуруп. Если поднести к нему еще один, то окажется, что верхний шуруп примагничивает нижний! Если магнит убрать, то все шурупы распадутся. Но попробуем поднести любой из этих шурупов к другому — видим, что шуруп сам стал магнитом! Мы сделали небольшое открытие – шурупы побывав в магнитном поле стали временными магнитами, то есть стали притягиваться друг к другу просто так без внешнего воздействия и они приобретают свое собственное магнитное поле.
Но это поле очень недолговечное. Искусственное намагничивание легко уничтожить, если просто резко стукнуть предмет. Или нагреть его до температуры выше 60 градусов. Атомы внутри предмета от этого потеряют свою ориентацию, и железо снова станет обычным.
Магниты обладают способностью притягивать предметы из железа или стали, никеля и некоторых других металлов. Дерево, пластмасса, бумага, ткань не реагируют на магнит.
Опыт № 3. Я раскладываю на столе предметы из разных материалов: металлические гвозди, бумагу, пластиковую линейку, платочек, деревянный карандаш, подношу к этим предметам магнит. Металлические гвозди быстро примагнитились, остальные предметы остались на своем месте.
Магниты имеют разную силу, это зависит от формы и размера магнита . Среди магнитов, имеющих одну форму, сильнее будет магнит большего размера.
Опыт № 4. Для этого опыта мы взяли два магнита, разной величины, и кучку металлических гвоздей. Большее количество гвоздей удержал более крупный по размеру магнит.
Магнитная сила действует через предметы и вещества.
Опыт № 5. Для этого опыта мы приготовили книгу, большой металлический шуруп и магнит. Сверху на книгу положили магнит, а снизу поднесли шуруп. Он удерживался самостоятельно с помощью магнитного поля, которое действует даже через толщину книги.
Мы взяли стакан с водой и на дно стакана поместили металлические шурупы. Поднесли магнит с внешней стороны к стакану, и не замочив руки вынули шурупы из воды.
Магниты притягивают даже на расстоянии. Чем больше магнит, тем больше сила притяжения и тем больше расстояние, на котором магнит оказывает свое воздействие.
Опыт № 6. Мы положили линейку и около нулевого деления два металлических шурупа. На одинаковом расстоянии от шурупов стали подносить магниты разной величины. Шуруп, который находился напротив крупного магнита с более дальнего расстояния и быстрее примагнитился к нему.