Графическое изображение магнитного поля. Индукция магнитного поля. Линии магнитной индукции. Магнитное поле Земли
Давайте вместе разбираться в том, что такое магнитное поле. Ведь многие люди живут в этом поле всю жизнь и даже не задумываются о нем. Пора это исправить!
Магнитное поле
Магнитное поле – особый вид материи. Оно проявляется в действии на движущиеся электрические заряды и тела, которые обладают собственным магнитным моментом (постоянные магниты).
Важно: на неподвижные заряды магнитное поле не действует! Создается магнитное поле также движущимися электрическими зарядами, либо изменяющимся во времени электрическим полем, либо магнитными моментами электронов в атомах. То есть любой провод, по которому течет ток, становится также и магнитом!
Тело, обладающее собственным магнитным полем.
У магнита есть полюса, называемые северным и южным. Обозначения "северный" и "южный" даны лишь для удобства (как "плюс" и "минус" в электричестве).
Магнитное поле изображается посредством силовых магнитных линий . Силовые линии непрерывны и замкнуты, а их направление всегда совпадает с направлением действия сил поля. Если вокруг постоянного магнита рассыпать металлическую стружку, частицы металла покажут наглядную картину силовых линий магнитного поля, выходящих из северного и входящих в южный полюс. Графическая характеристика магнитного поля - силовые линии.
Характеристики магнитного поля
Основными характеристиками магнитного поля являются магнитная индукция , магнитный поток и магнитная проницаемость . Но давайте обо всем по порядку.
Сразу отметим, что все единицы измерения приводятся в системе СИ .
Магнитная индукция B – векторная физическая величина, являющаяся основной силовой характеристикой магнитного поля. Обозначается буквой B . Единица измерения магнитной индукции – Тесла (Тл ).
Магнитная индукция показывает, насколько сильно поле, определяя силу, с которой оно действует на заряд. Данная сила называется силой Лоренца .
Здесь q - заряд, v - его скорость в магнитном поле, B - индукция, F - сила Лоренца, с которой поле действует на заряд.
Ф – физическая величина, равная произведению магнитной индукции на площадь контура и косинус между вектором индукции и нормалью к плоскости контура, через который проходит поток. Магнитный поток - скалярная характеристика магнитного поля.
Можно сказать, что магнитный поток характеризует количество линий магнитной индукции, пронизывающих единицу площади. Магнитный поток измеряется в Веберах (Вб) .
Магнитная проницаемость – коэффициент, определяющий магнитные свойства среды. Одним из параметров, от которых зависит магнитная индукция поля, является магнитная проницаемость.
Наша планета на протяжении нескольких миллиардов лет является огромным магнитом. Индукция магнитного поля Земли изменяется в зависимости от координат. На экваторе она равна примерно 3,1 на 10 в минус пятой степени Тесла. К тому же существуют магнитные аномалии, где значение и направление поля существенно отличаются от соседних областей. Одни из самых крупных магнитных аномалий на планете - Курская и Бразильская магнитные аномалии .
Происхождение магнитного поля Земли до сих пор остается загадкой для ученых. Предполагается, что источником поля является жидкое металлическое ядро Земли. Ядро движется, значит, движется расплавленный железо-никелевый сплав, а движение заряженных частиц – это и есть электрический ток, порождающий магнитное поле. Проблема в том, что эта теория (геодинамо ) не объясняет того, как поле сохраняется устойчивым.
Земля – огромный магнитный диполь. Магнитные полюса не совпадают с географическими, хотя и находятся в непосредственной близости. Более того, магнитные полюса Земли движутся. Их смещение регистрируется с 1885 года. Например, за последние сто лет магнитный полюс в Южном полушарии сместился почти на 900 километров и сейчас находится в Южном океане. Полюс арктического полушария движется через Северный Ледовитый океан к Восточно-Сибирской магнитной аномалии, скорость его передвижения (по данным 2004 года) составила около 60 километров в год. Сейчас наблюдается ускорение движения полюсов - в среднем скорость растет на 3 километра в год.
Каково значение магнитного поля Земли для нас? В первую очередь магнитное поле Земли защищает планету от космических лучей и солнечного ветра. Заряженные частицы из далекого космоса не падают прямо на землю, а отклоняются гигантским магнитом и движутся вдоль его силовых линий. Таким образом, все живое оказывается защищенным от пагубной радиации.
За историю Земли происходило несколько инверсий (смен) магнитных полюсов. Инверсия полюсов – это когда они меняются местами. Последний раз это явление произошло около 800 тысяч лет назад, а всего геомагнитных инверсий в истории Земли было более 400. Некоторые ученые полагают, что с учетом наблюдающегося ускорения движения магнитных полюсов следующей инверсии полюсов следует ожидать в ближайшие пару тысяч лет.
К счастью, в нашем веке смены полюсов пока не ожидается. А значит, можно думать о приятном и наслаждаться жизнью в старом добром постоянном поле Земли, рассмотрев основные свойства и характеристики магнитного поля. А чтобы Вы могли это делать, существуют наши авторы, которым можно с уверенностью в успехе поручить часть учебных хлопот! и другие типы работ вы можете заказать по ссылке.
При построении картины магнитного поля используются те же правила что и при построении картины электрического поля в электростатике.
Линии индукции магнитного поля (или напряжённости) есть силовые линии магнитного поля. Линия же, где магнитный потенциал постоянен, называется эквипотенциальной.
Если в магнитное поле внести ферромагнитное тело, то силовые линии будут входить в него под углом 90 (т.е. поле искажается). Если же вносится не ферромагнитное тело, то искажения поля не происходит.
Аналогия электростатического (электрического) и магнитного полей
Существует два типа соответствий.
1) Одинаковое распределение линейных зарядов в электростатическом поле и линейных токов в магнитном поле.
В этом случае картины полей подобны, но силовые линии в электростатическом поле – это эквипотенциальные в магнитном поле и наоборот, то есть картина поля повёрнута на угол , меняется смысл линий.
2) Одинаковая форма граничных эквипотенциальных поверхностей в обоих полях. В этом случае картины полей полностью подобны.
Физическая
природа полей различна, электростатическое
поле создаётся зарядами, магнитное поле
создаётся током, то есть в магнитном
поле нет понятия магнитного заряда (
,
величина, условно введенная).
Индуктивность
Для
контуров (катушек), у которых магнитная
проницаемость
и
не зависит от напряженности магнитного
поля, потокосцепление пропорционально
току
,
где
-
коэффициент пропорциональности,
называемый индуктивностью;
-
электрический ток.
Потокосцепление равно:
,
где
Ф – магнитный поток;
w – число витков.
Из выше приведённых формул следует:
Индуктивность зависит от геометрических размеров контура, числа витков, свойств среды, но не зависит от величины тока, протекающего по катушке.
Методика определения индуктивности :
Условно считаем известным ток в катушке.
Через известный ток выражаем магнитный поток.
Магнитный поток подставляем в формулу индуктивности, где неизвестные токи сокращаются.
Методика расчета индуктивности аналогична методике расчета емкости
Пример:
Определить индуктивность катушки,
равномерно намотанной на сердечник
прямоугольного сечения, внутренний
радиус которого R 1 ,
наружный R 2 ,
высота h,
число витков
По закону полного тока определяется Н:
Поток
через полоску
Полный поток:
Потокосцепление равно:
Эдс самоиндукции и взаимоиндукции
ЭДС самоиндукции пропорциональна скорости изменения тока в этой катушке
-
ЭДС
самоиндукции.
Явление наведения ЭДС в каком-либо контуре при изменении тока в другом контуре называется взаимоиндукцией, а наведённая ЭДС – ЭДС взаимоиндукции.
-
ЭДС взаимоиндукции,
где, М- взаимная индуктивность.
Слайд 1
«Магнитное поле и его графическое изображение. Неоднородное и однородное магнитное поле. Зависимость направления магнитных линий от направления тока в проводнике».
Слайд 2
Слово «магнит» произошло от названия города Магнессии (теперь это город Маниса в Турции).
«камень Геркулеса». «любящий камень», «мудрое железо», и «царственный камень»
Магнетизм известен с пятого века до нашей эры, но изучение его сущности продвигалось очень медленно. Впервые свойства магнита были описаны в 1269 году. В этом же году ввели понятие магнитного полюса.
Слайд 3
Слово МАГНИТ
(от греческого. magnetic eitos)
Минерал, состоящий из: FeO(31%) и Fe2O3 (69%).
В нашей стране его добывают на Урале, в Курской области (Курская магнитная аномалия), В Карелии.
Магнитный железняк – хрупкий минерал, его плотность 5000 кг/м*3
Слайд 4
Разнообразные искусственные магниты
Редкоземельные магниты – спеченные и магнитопласты
Слайд 5
Магнит обладает на разных участках различной притягивающей силой, на полюсах эта сила наиболее заметна.
Слайд 6
СВОЙСТВА
ПОСТОЯННЫХ МАГНИТОВ
взаимно притягиваются или отталкиваются
Слайд 7
Земной шар – большой магнит.
Слайд 8
ГАНС ХРИСТИАН ЭРСТЕД (1777 – 1851)
Датский профессор химии, открыл существование магнитного поля вокруг проводника с током
Слайд 9
Опыт Эрстеда
если по проводнику протекает электрический ток, то расположенная рядом магнитная стрелка изменяет свою ориентацию в пространстве
Слайд 10
Опыт Эрстеда 1820 г.
О чем говорит отклонение магнитной стрелки при замыкании
электрической цепи?
Вокруг проводника с током существует
магнитное поле.
На него – то и реагирует магнитная
стрелка.
Магнитное поле – особый вид материи.
Оно не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха.
Слайд 11
Условия существования магнитного поля
а) электрические заряды;
б) наличие электрического тока
Слайд 12
Сделаем выводы.
Вокруг проводника с током (т.е. вокруг движущихся зарядов) существует магнитное поле. Оно действует на магнитную стрелку, отклоняя её.
Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга.
Источником возникновения магнитного поля является электрический ток.
.
Слайд 13
Как можно обнаружить МП?
а) с помощью железных опилок. Попадая в МП, железные опилки намагничиваются и располагаются вдоль магнитных линий, подобно маленьким магнитным стрелкам;
б) по действию на проводник с током. Попадая в МП вокруг проводника с током, магнитная стрелка начинает двигаться, т.к. со стороны МП на неё действует сила.
Слайд 14
Почему вокруг магнитов постоянно существует магнитное поле?
Компьютерная модель атома бериллия.
Внутри любого атома существуют молекулярные токи
Слайд 15
Изображение магнитного поля
Линии магнитного поля – воображаемые линии, вдоль которых ориентируются магнитные стрелки
Слайд 16
север N
юг S
Линии магнитного поля проводника с током направлены по концентрическим окружностям
Слайд 17
Расположение железных опилок вокруг полосового магнита
Слайд 18
Графическое изображение магнитных линий вокруг полосового магнита
Слайд 19
Расположение железных опилок вокруг прямого проводника с током
Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые кривые, охватывающие проводник
Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление магнитных линей магнитного поля.
Слайд 20
Расположение железных опилок вдоль магнитных силовых линий.
Слайд 21
Соленоид – проводник, имеющий вид спирали (катушка).
«солен» - греч. «трубка»
Слайд 22
Магнитное поле катушки и постоянного магнита
Катушка с током, как и магнитная стрелка имеет 2 полюса – северный и южный.
Магнитное действие катушки тем сильнее, чем больше витков в ней.
При увеличении силы тока магнитное поле катушки усиливается.
Слайд 23
Магнитное поле
Неоднородное.
Однородное.
Магнитные линии искривлены их густота меняется от точки к точке.
Магнитные линии параллельны друг другу и расположены с одинаковой густотой (например, внутри постоянного магнита).
Слайд 24
Что нужно знать о магнитных линиях?
1.Магнитные линии – замкнутые кривые, поэтому МП называют вихревым. Это означает, что в природе не существует магнитных зарядов. 2.Чем гуще расположены магнитные линии, тем МП сильнее.
3.Если магнитные линии расположены параллельно друг другу с одинаковой густотой, то такое МП называют однородным.
4. Если магнитные линии искривлены – это значит, что сила, действующая на магнитную стрелку в разных точках МП, разная. Такое МП называют неоднородным.
Слайд 25
Определение направления магнитной линии
Способы определения направления магнитной линии
При помощи
магнитной
стрелки
По правилу
буравчика (1
правило правой
руки)
По 2 правилу
правой руки
Слайд 26
Правило буравчика
Известно, что направление линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике. Эта связь может быть выражена простым правилом, которое называется правилом буравчика.
Правило буравчика заключается в следующем: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.
С помощью правила буравчика по направлению тока можно определить направлений линий магнитного поля, создаваемого этим током, а по направлению линий магнитного поля – направление тока, создающего это
поле.
Слайд 27
Правило буравчика (винта)
Если буравчик с правой нарезкой ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки совпадет с направлением магнитного поля.
Слайд 28
Правило правой руки для прямого проводника с током
Если правую руку расположить так, чтобы большой палец был направлен по току, то остальные четыре пальца покажут направление линии магнитной индукции
Слайд 29
+
-
Определение направления линий магнитного поля прямого проводника с током (правило буравчика)
Слайд 30
Слайд 31
Определение направления магнитного поля, пронизывающего соленоид (2 правило правой руки)
Слайд 32
+
-
2 правило правой руки (для определения направления магнитного поля, пронизывающего соленоид)
Ладонь правой руки расположить так, чтобы четыре пальца были по направлению тока, текущего по виткам соленоида, тогда большой палец укажет на направление магнитного поля, пронизывающего соленоид.
Слайд 33
Какие утверждения являются верными?
А.В природе существуют электрические заряды.
Б.В природе существуют магнитные заряды.
В.В природе не существует электрических зарядов.
Г.В природе не существует магнитных зарядов.
а) А и Б,
б) А и В,
в) А и Г,
г) Б, В и Г.
Слайд 34
Закончить фразу: «Вокруг проводника с током существует...
а) магнитное поле;
б) электрическое поле;
в) электрическое и магнитное поле.
Слайд 35
Какими бывают магнитные линии?
I
Северный полюс магнитной стрелки указывает направление магнитных линий с помощью которых изображается магнитное поле.
На что указывает северный полюс магнитной стрелки?
Слайд 36
Направление магнитных линий совпадает с … направлением магнитной стрелки.
a. Южным
b. Северным
c. Не связано с магнитной стрелкой
Слайд 37
На рисунке показана картина магнитных линий прямого тока. В какой точке магнитное поле самое сильное?
а) б) в) г)
Слайд 38
Определить направление тока по известному направлению магнитных линий.
Слайд 39
Слайд 40
Какой из вариантов соответствует схеме расположения магнитных линий вокруг прямолинейного проводника с током, расположенного перпендикулярно плоскости рисунка?
а) б) в) г) д)
Слайд 41
Сирано де Бержерак
Я изобрел шесть средств
Подняться в мир планет!
… Сесть на железный круг
И, взяв большой магнит,
Его забросить вверх высоко,
Докуда будет видеть око;
Он за собой железо приманит, -
Вот средство верное!
А лишь он вас притянет,
Схватить его и бросить вверх опять, -
Так поднимать он бесконечно станет!
Возможно ли подобное космическое путешествие? Почему?
Слайд 45
Домашнее задание:
§42-44. Упражнение 33,34,35.
Слайд 46
Влияние магнитных полей на организм человека и животных.
Все живые организмы, в том числе и человек, рождаются и развиваются в естественных условиях планеты Земля, которая создает вокруг себя постоянное магнитное поле - магнитосферу. Это поле играет очень существенную роль для всех биохимических процессов в организме. Основа лечебного эффекта магнитного поля - улучшение кровообращения и состояния кровеносных сосудов.
Слайд 47
Долго искали магнитный компас у почтового голубя, однако мозги птицы никак не реагировали на магнитные поля. Наконец компас обнаружили в... брюшной полости! Навигационные способности мигрирующих животных всегда поражали людей. Ведь какой-то компас приводит их к месту, расположенному за тысячи километров от места рожденья.
Слайд 48
Сенсационного результата первыми добились калифорнийские ученые, биологи в содружестве с физиками. Гелиобиологу Джозею Кришвингу с помощниками удалось обнаружить кристаллы магнитного железняка в мозгах человека. Кришвинг долго изучал в магнитных полях образцы тканей, полученных при посмертных вскрытиях, и пришел к выводу, что количества магнетика в мозговых оболочках как раз ровно столько, сколько необходимо для работы простейшего биологического компаса.
Слайд 49
Каждый из нас носит в голове самый настоящий компас, точнее, сразу несколько компасов с микроскопически малыми "стрелками". Однако умение пользоваться скрытым чувством, как мы видим, есть далеко не у каждого.
Можно с полной ответственностью заявить, что человеку не следует терять самообладания в любой сложной ситуации. Для заблудившегося в пустыне, в океане, в горах или в лесу (что более актуально для нас) всегда имеется шанс найти верную дорогу к спасению.
Мы знаем, что проводник с током создает вокруг себя магнитное поле . Магнитное поле создает также и постоянный магнит . Будут ли отличаться созданные ими поля? Несомненно, будут. Различие между ними можно увидеть наглядно, если создать графические изображения магнитных полей. Магнитные линии полей будут направлены по-разному.
Однородные магнитные поля
В случае проводника с током магнитные линии образуют замкнутые концентрические окружности вокруг проводника. Если посмотреть на проводник с током и образованное им магнитное поле в разрезе, то мы увидим набор кругов различного диаметра. На рисунке слева изображен как раз проводник с током.
Действие магнитного поля будет тем сильнее, чем ближе к проводнику. По мере удаления от проводника действие и, соответственно, сила магнитного поля будут уменьшаться.
В случае постоянного магнита мы имеем линии, выходящие из южного полюса магнита, проходящие вдоль самого тела магнита и входящие в его северный полюс.
Зарисовав такой магнит и магнитные линии образованного им магнитного поля графически, мы увидим, что сильнее всего действие магнитного поля будет возле полюсов, где магнитные линии расположены наиболее густо. Рисунок слева с двумя магнитами как раз изображает магнитное поле постоянных магнитов.
Похожую картину расположения магнитных линий мы увидим в случае соленоида или катушки с током. Наибольшую интенсивность магнитные линии будут иметь у двух концов или торцов катушки. Во всех вышеприведенных случаях мы имели неоднородное магнитное поле. Магнитные линии имели разное направление, и их густота была различна.
Может ли магнитное поле быть однородным?
Если мы рассмотрим внимательно графическое изображение соленоида, то увидим, что магнитные линии расположены параллельно и имеют одинаковую густоту расположения только в одном месте внутри соленоида.
Такая же картина будет наблюдаться внутри тела постоянного магнита. И если в случае постоянного магнита мы не можем «забраться» внутрь его тела, не разрушив его при этом, то в случае катушки без сердечника или соленоида, мы получаем внутри них однородное магнитное поле.
Такое поле может потребоваться человеку в ряде технологических процессов, поэтому можно сконструировать соленоиды достаточного размера, чтобы можно было проводить необходимые процессы внутри них.
Графически мы привыкли изображать магнитные линии окружностями или отрезками, то есть мы как бы видим их сбоку или вдоль. А как быть в случае, если рисунок создан так, что эти линии направлены на нас или в обратную сторону от нас? Тогда их рисуют в виде точки или крестика.
Если они направлены на нас, то их изображают в виде точки, как будто это острие летящей на нас стрелы. В противоположном случае, когда они направлены от нас, их рисуют в виде крестика, как будто это хвостовое оперение удаляющейся от нас стрелы.
Библиографическое описание: Насекин К. Г., Маюров С. Г. Получение картины магнитного поля // Юный ученый. 2015. №1. С. 75-78..04.2019).
Введение. Магнетизм
Природные магниты, попросту говоря, кусочки магнитного железняка - магнетита (химический состав: 31 % железа и 69 % кислорода) не везде назывались магнитами. В разных странах магнит называли по-разному, но большая часть всех этих названий переводится как «любящий». Так поэтичным языком древних описано свойство кусков магнита - притягивать железо.
«Любящий камень» - такое поэтическое название дали китайцы естественному магниту. Сила у естественных магнитов незначительна, и потому греческое название магнита - переводится как «геркулесов камень».
Не следует думать, что магнит действует только на железо. Есть ряд других тел, которые тоже испытывают на себе действие сильного магнита, хотя и не в такой степени, как железо. Металлы: никель, кобальт, марганец, платина, золото, серебро, алюминий - в слабой степени притягиваются магнитом. Еще замечательное свойство так называемых диамагнитных тел, например цинка, свинца, серы, висмута: эти тела отталкиваются от сильного магнита!
Жидкости и газы также испытывают на себе притяжение или отталкивание магнита, правда, в весьма слабой степени; магнит должен быть очень силен, чтобы проявить свое влияние на эти вещества.
Основная часть
Линии магнитных сил
У человека нет органа чувств, воспринимающего магнитное поле, поэтому о существовании магнитных сил, которые окружают магнит, он может лишь догадываться. Однако нетрудно косвенным образом обнаружить картины распределения этих сил. Лучше всего сделать это с помощью мелких железных опилок.
Для этого нужно взять магнит, сверху накрыть его стеклянной пластиной. На пластину положить лист бумаги. Далее насыпать опилки тонким ровным слоем на лист бумаги, встряхивая опилки легкими ударами. Магнитные силы свободно проходят сквозь бумагу и стекло; следовательно, железные опилки под действием магнита намагнитятся; когда мы встряхиваем их, они на мгновение отделяются от пластинки и могут под действием магнитных сил легко повернуться.
В результате опилки располагаются рядами, наглядно обнаруживая распределение невидимых магнитных линий. Магнитные силы создают сложную систему изогнутых линий. Можно увидеть, как, они лучисто расходятся от каждого полюса магнита. Чем ближе к полюсу, тем линии опилок гуще и четче; напротив, с удалением от полюса они разрежаются и утрачивают свою отчетливость, наглядно доказывая ослабление магнитных сил с расстоянием.
Актуальность работы
Работа посвящена совершенствованию получения картин магнитного поля, которые отчетливо показывают магнитные линии. Используя известные способы получения плоских картин, необходимо разработать способ получения объемных картин магнитного поля.
Получение изображения с помощью магнита и железных опилок
Чтобы получить такой рисунок, нужно взять: магнит, небольшое стекло, лист бумаги, железные опилки. Вначале мы положили магнит на верстак, далее накрыли его стеклом. На стекло положили лист бумаги, после чего сыпали железные опилки. Чтобы получился красивый рисунок нужно:
1) Не сыпать железные опилки с небольшой высоты от магнита. Из-за этого опилки слепляются в воздухе и падают на лист в куче.
2) Железные опилки лучше сыпать около полюсов, чтобы было четко видно магнитные линии.
Действие магнитного поля на экран дисплея
Магнитное поле магнита действует и на экран дисплея. Если взять магнит и поднести к экрану дисплея, то происходит много разных явлений:
1. Искажение изображения на экране дисплея.
2. Изменение цветовой палитры экрана дисплея.
Если магнит поднести прямо к стеклу дисплея, то возникает своеобразная и красивая картина на нем. Когда магнит отдаляется от экрана, картина становится менее четкой. На фотографиях, сделанных в этот момент, можно увидеть некоторую закономерность. Если на экран дисплея положить два кольцеобразных магнита, то образуется рисунок, отличающийся от рисунка, образованного одним магнита. На границе этих рисунков можно заметить линии, как-то связанные с магнитным полем. Если количество магнитов меняется или изменяется расположение полюсов магнита, то и рисунок будет другим. Если на экран дисплея положить кольцеобразный магнит с большой магнитной силой, то экран дисплея станет темным, а внутри кольца экран светится различными красками.
В книге написано, что магнитное поле действует на электроны. При этом взаимодействии электроны не попадают в нужное место и возникают искажения. Опыты проводились на старом мониторе.
Получение объемных картин магнитного поля
В ходе работы были получены и сфотографированы картины магнитного поля различных магнитов с помощью железных опилок. При анализе результатов было замечено, что картины магнитного поля либо плоские, либо опилки поднимаются на небольшую высоту, и не дают полной информации о магнитном поле. Ведь, чтобы получить картины магнитного поля даже одного магнита нужно проделать несколько опытов. Чтобы получить картину магнитного поля одного магнита, нужен один опыт, другого магнита - второй опыт. Возник вопрос: как получить картины магнитного поля в объеме? Что нужно сделать, чтобы картина магнитного поля получилась в объеме? Возникает проблема, мешает сила тяжести, действующая на железные опилки. Для решения этой проблемы нужно уменьшить вес опилок. Уменьшить вес тела в обычных условиях можно только с помощью жидкости. В этом случае подходит жидкость «глицерин». Преимущества этой жидкости:
1. Имеет большую плотность, чем вода = 1260 кг/м 3
2. Глицерин прозрачен.
3. Глицерин безвреден для здоровья человека.
4. У глицерина хорошая вязкость.
Если взять воду, то выталкивающая сила будет меньше. Почему? У воды меньшая плотность, чем у глицерина. У воды маленькая вязкость.
Описание оборудования
Было взято два сосуда в форме прямоугольного параллелепипеда из оргстекла, размеры которых 85 x 85 x 55 мм. Один сосуд негерметизированный, для случая, если нужно добавить опилок или глицерина, но он закрывается с помощью бронзовых болтиков и становится герметичным. Чтобы герметизировать сосуд, поверхность краев сосуда смазывалась эпоксидной смолой, и крышка плотно прижималась к сосуду. Другой сосуд для демонстрации картин магнитного поля, был изготовлен, но в нем были оставлены два металлических стержня из железа. Перед герметизацией сосуда, в него нужно залить глицерин и засыпать железные опилки. Чтобы делать опыты нужно тщательно перемешать глицерин и опилки, вращая в руке сосуд.
1. Нужно взять сосуд без стержней и резкими движениями перемешать опилки в глицерине и поставить его на магнит с большой магнитной силой. Тогда железные опилки построят объемный рисунок магнитных линий не только на дне сосуда, но и на большом расстоянии от дна.
2. Нужно взять сосуд со стержнями и резкими движениями перемешать и поставить на магнит. Тогда железные опилки построят объемный рисунок возле стержней и на дне сосуда.
Чтобы железные опилки построили объемную картину магнитного поля, нужно несколько минут. Потом можно снять сосуд и поставить магнит в другом месте и картина снова изобразится. Но лучше оставить сосуд на сутки, так как глицерин слегка мутный, поэтому картина проявится лучше.
С помощью эпоксидной смолы, железных опилок в маленькой пластмассовой коробочке была попытка получения картины магнитного поля. Опыт удался, но его нужно повторить.
Мои впечатления: увидев эти явления, я был в изумлении от такого свойства магнита. Для меня это очень интересно и увлекательно. В зависимости от вида магнита, картины магнитного поля получаются разными. Картины магнитного поля всегда получаются красивыми, они могут меняться.
Магниты в воздухе
Когда проводились опыты получения картин магнитного поля, происходило следующее: при перемещении магнита под стеклом, железные опилки двигались вместе с магнитом и меняли угол наклона, высоту. Возник вопрос: что будет, если кусочки магнитов поместить в изменяющееся магнитное поле? Если подключить проволочную катушку с железным сердечником к источнику тока, возникнет магнитное поле. Если железные опилки поместить рядом с проволочной катушкой, то можно получить картину магнитного поля. Если подключить ее к источнику постоянного тока (батарее, аккумулятору), тогда железные опилки создадут неподвижную картину магнитного поля. А если к источнику переменного тока, то можно услышать слабое гудение, значит, опилки вибрируют. Это можно использовать для опытов. Рассмотрим ход опыта:
1. Взять шарики из пенопласта и поместить в них кусочки разбитого магнита.
3. После этого поместить пенопластовые шарики с кусочками магнитами в коробочку.
4. Поставить коробочку с шариками на катушку.
5. Катушку из медного провода подключить к источнику переменного тока.
В результате действия магнитного поля на осколки магнитов в шариках из действия опыта, в магнитном поле создается хаотичное движение молекул.
Магниты дома
В моей семье сувениры на магнитах можно увидеть на холодильнике. Эти магниты, так скажем декоративные. Они у нас появляются от родственников, знакомых, которые где-нибудь отдыхали, или сами привозим с отдыха, как традиция.
Но самое важное применение магнитов в холодильнике скрыто от наших глаз. В холодильнике магниты в виде полос используются в уплотнителе дверей. С помощью этого идет притяжение дверцы к корпусу и происходит уплотнение, влага не попадает в холодильник.
Еще у нас есть набор инструментов, в котором есть намагниченные отвертки. Такие отвертки нужны для того, чтобы не потерять какой-нибудь шуруп. Дома есть шторы, для придания нужной формы на них вешаются магнитные клипсы. Еще есть простой магнит, на него мы вешаем ключи от дома, чтобы они не потерялись. Раньше дома использовался музыкальный центр, у которого было две колонки, в этих колонках есть магниты. В бытовой технике часто используются магниты.
Есть такие сувениры, принцип действия которых основывается на использовании магнитного поля магнитов. У меня есть специальные магниты, из которых можно составлять различную цепочку. В кабинете физики есть сувенир «горизонтальная юла». Кончик юлы упирается в стекло, она висит над подставкой и ее можно раскручивать. Есть игра дартс. Современный дартс основан на действии магнита, у дротика на кончике магнит.
Результаты работы
1. Получены картины магнитного поля магнитов разной формы;
2. Получены картины магнитного поля магнитов с разной магнитной силой;
3. Получены картины искажений изображений экрана на дисплее;
4. Получены объемные картины магнитных полей магнитов разных форм и разной магнитной силой;
5. Составлена коллекция фотоизображений картин магнитных полей на цифровых носителях;
6. Сделана модель движущихся магнитов в переменном магнитном поле;
7. Сделана попытка получить «вечную» картину магнитного поля.
8. Работа может быть продолжена с целью получения более сложных картин магнитных полей.
Выводы
1. Картины магнитных полей бывают разнообразными.
2. Их вид зависит:
а) - от формы магнита;
б) - от магнитной силы;
в) - от наличия полюсов.
3. Магнитное поле действует на изображение на экране старого дисплея или телевизора и возникают различные явления
а) - появление пятен на экране дисплея;
б) - искажение изображения на экране дисплея;
в) - изменение цветовой палитры экрана дисплея;
г) в расположении пятен на экране дисплея угадывается, какая-то картина.
4. Объемные картины магнитного поля дают больше информации о расположении магнитных линий.
5. Переменное магнитное поле заставляет магниты двигаться.
Литература:
1. Карцев В. П. Приключения великих уравнений, издательство «Знание» М.-1978
2. Перельман Я. И. Занимательная физика, издательство «Наука» М.-1972
3. А. С. Енохович. Справочник по физике и технике, издательство «Просвещение» М.- 1983
4. А. Шилейко, Т. Шилейко Электроны…электроны, издательство «Детская литература» М.- 1983
5. Л. В. Тарасов Физика в природе М.: Просвещение, 1998 г.
