XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Магнит, его свойства и применение.
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Аннотация.
Данная работа посвящена изучению свойств магнита, взаимодействия магнитов, возможности практического применения магнита в жизни человека.
Автора интересует гипотеза: если изучить проблему с теоретической и практической точки зрения, то можно утверждать, что магниты притягиваются друг к другу только определённой стороной.
Основное содержание исследования составляет известное свойство магнитов – притяжение, их воздействия только на предметы из железа, стали и некоторых других металлов. Магнит имеет магнитное поле, которое и создает магнитную силу. В результате данной работы автор пришёл к выводу, что магниты притягиваются друг к другу только определённой стороной.
В качестве ключевого доказательства исследования используются методы опроса, теоретического изучения проблемы, практического изучения проблемы (эксперимент, опыт), сравнения и анализа полученных фактов и сведений.
Автором изучены энциклопедии, электронные ресурсы, статьи, опыты Карцева В.П., Щеглова И. Б., Мейяник А. В статьях раскрыты происхождение магнетизма в древних цивилизациях, занимательные опыты, использование человеком в быту и в науке свойств магнита. Данная проблема изучается, так как свойства и возможности магнита не до конца изучены и требуют дальнейших исследований.
1
Магнит, его свойства и применение
Балданов Булат Баторович
Забайкальский край
Городской округ «Поселок Агинское»
МОУ «Агинская средняя общеобразовательная школа № 2»
2 класс
План исследования
Актуальность. В кабинете нашего класса висит магнитная доска. Моя учительница говорит, что раньше доски были из другого материала, использовать которые было крайне неудобно. Сейчас на классной доске можно с помощью магнитов закрепить любые наглядные материалы. Однако, по словам учителя, одни магниты «слабые» (едва удерживают тонкие листы), а другие «сильные» (удерживают тяжёлые картинки и плакаты). Кроме этого, оглянувшись вокруг, я увидел рядом со мной ещё множество магнитов – в игрушках, в разных бытовых приборах и другом. Есть такая игрушка Бакуган. Если её кинуть на пол, она покатится, но обязательно остановится на своём коврике. Мне было очень интересно узнать, почему так происходит. Я узнал, что внутри у неё магнит, и коврик тоже магнитный.
И тогда я заинтересовался, что такое магнит, откуда о нем узнали и от чего зависит его сила.
Цель моей работы – изучить свойства магнитов и исследовать их проявления.
Объект моего исследования – магнит, предмет исследования: свойства магнита.
Гипотеза:
Мы предполагаем, что если изучим проблему с теоретической и практической точки зрения, то можем утверждать, что магниты притягиваются друг к другу только определённой стороной.
Задачи исследования:
определить, что такое магнит;
2
выяснить, какими свойствами обладает;
установить, почему магниты отталкиваются друг от друга;
выявить, каким образом люди применяют магниты в жизни.
Методы исследования:
- теоретическое изучение проблемы;
- практическое изучение проблемы (опыты, эксперименты, анкетирование);
- сопоставление и анализ полученных фактов и сведений;
Новизна исследования заключается в том, что исследовав свойства магнита, можно использовать его в своей практической деятельности.
Актуальность работы состоит в том, что каждый из нас знает, что такое магнит, но практически никто не знает о том, что мы ежедневно пользуемся предметами, которые заставляет работать именно сила магнита.
Мною было опрошено 29 учеников 2 «д» класса. Из них 22 человека ответили, что знают - что такое магнит. Только 6 человек ответили, что часто используют магнит дома, остальные считают, что они его не применяют в своей жизни. И все опрошенные хотят больше узнать о свойствах магнита и о том, где и как можно ещё его использовать.
3
Глава I. Теоретическая часть.
Открытие магнита.
Способность магнитов притягивать к себе железные предметы или прилипать к железным поверхностям всегда вызывала удивление. С открытием магнита связано немало легенд.
Одна из них описана в книге Льва Толстого «Магнит», который воспроизводит легенду об открытии магнита так:
«В старину был пастух, звали его Магнис. Пропала у Магниса овца. Он пошёл в горы её искать. Пришёл на одно место, где одни голые камни. Он пошел по этим камням и чувствует, что сапоги на нём прилипают к этим камням. Он потрогал рукой - камни сухие и к рукам не липнут. Пошел опять - опять сапоги прилипают. Он сел, разулся, взял сапог в руки и стал трогать им камни. Тронет кожей и подошвой - не прилипают, а как тронет гвоздями, так прилипнет. Была у Магниса палка с железным наконечником. Он тронул камень деревом - не прилипает; тронул железом - прилипло так, что отрывать надо. Магнис рассмотрел камень, - видит, что он похож на железо, и принёс куски камня домой. С тех пор узнали этот камень и прозвали его магнитом» [8].
По другой легенде магнит открыли древние греки более двух тысяч лет тому назад и назвали его так в честь древнего турецкого города Магнесия (теперь это турецкий город Маниса), где этот минерал нашли [4].
«Официально» открытие магнетизма принадлежит греческому ученому Фалесу из Милета, который в V в. до н. э. впервые пытался объяснить невидимую силу магнитного железняка: «У магнита жизнь находится внутри, потому что она движет железо» [7].
Природные магниты не везде назывались магнитами. В разных странах их называли по-разному:
- китайцы называли его «чу-ши» - в переводе «любящий камень» за свойство притягивать, «любить» железо;
- греки – «геркулесов камень» - за его способность поднимать тяжести в
4
несколько раз превышающие по массе массу магнита;
- немцы – «зигельштейн», что означает «печатный камень», т.к. в древности был обычай вырезать на природных магнитах различные магические фигуры и символы, а такие камни уже можно было использовать в качестве печаток;
- англичане и американцы – «лоудстоун» - в переводе «лоуд» означает «путь», то есть камень, указывающий путь [6].
Магнитом его называли вплоть до средних веков, затем появилось название
магнитный железняк, а в 1845 году – современное название – магнетит [4].
Кусочки магнетита называют естественными (природными) магнитами.
1.2. Что такое магнит?
Магнетит – минерал, который входит в состав железной руды, у него металлический блеск, обычно образует красивые кристаллы, а также может встречаться в россыпях.
Очень красивые кристаллы происходят из Швейцарии. Самые крупные месторождения находятся в Норвегии, России (Урал, Курская магнитная аномалия), США (горы Адирондак, Магнет-Коув и т.д.). Добывается магнетит и в Германии, Румынии, ЮАР [6].
Со временем люди научились изготавливать магниты искусственным путем и сделали их более мощными, чтобы использовать в промышленном производстве.
Искусственные магниты могут быть в любых формах: в виде диска, кольца, цилиндра, параллелепипеда, т. е. любой разумной геометрической фигуры (Пиложение 1, фото 1).
Для производства магнитов используются технологии прессования и спекания различных магнитных порошков и сплавов в специально разработанных пресс-формах [9].
Магнит – это объект, который способен притягивать и отталкивать предметы из железа и его сплавов.
Сила, которой обладает магнит, называется магнетизм. Вызывается она магнитными полями.
5
Магнитное поле – это невидимая глазу область вокруг магнита, внутри которой ощущается воздействие магнита на внешние объекты.
Магнитная сила – сила, с которой предметы притягиваются к магниту.
Глава II. Практическая часть.
В ходе опытов и экспериментов мы решили узнать, какими удивительными свойствами обладают магниты. Для этого провели ряд опытов.
2.1. Свойства магнитов.
Опыт 1. Всё ли притягивает магнит?
Самое известное свойство магнитов – притяжение.
Мы решили проверить, какие материалы притягивает магнит. Для проведения эксперимента подготовили мягкую игрушку, тетрадь, монеты, карандаши, ножницы, фломастер, гвозди (Приложение 1, фото 2).
Поочередно поднося магнит к этим предметам, мы выяснили, что он притянул только монеты, стальные ножницы и гвозди (Приложение 1, фото 3). Дерево, пластмасса, бумага и ткань не реагируют на магнит.
Вывод: магнит притягивает предметы из железа, никеля, стали и некоторых других металлов.
Это свойство магнита используют на заводах в электромагнитных подъёмных кранах. Краны переносят большие железные глыбы или части машин массой в десятки тонн без специального прикрепления. Точно так же переносят они без ящиков и упаковки листовое железо, проволоку, гвозди, железный лом и другие материалы, переноска которых иным способом потребовала бы немало хлопот [2].
Опыт 2. Как достать гвозди из воды, не намочив руки, чтобы выявить, действует ли магнит через другие материалы?
Мы взяли стакан с водой и опустили в него металлическую скрепку. Прислонив магнит к стакану на уровне скрепки, медленно стали поднимать магнит вверх, и скрепка последовала за ним. Так мы смогли, не замочив рук, достать скрепку из стакана, наполненного водой (Приложение II, Фото 1).
Вывод: магнитная сила может проходить через вещества, через воду и
6
стекло.
Благодаря этой способности притягивать предметы под водой, магниты используются при строительстве и ремонте подводных сооружений. С их помощью очень удобно закреплять и прокладывать кабель или держать под рукой инструмент [2].
Опыт 3. Проходит ли магнитная сила через другие предметы?
Это можно проверить на простой бумаге или картоне с помощью игры «Магнитные догонялки». На листке мы нарисовали полоски, зигзаги и круги, сверху положили скрепку. Двигая магнитом под листом бумаги (Приложение II, Фото 2), скрепка описывала необходимые маршруты, т.е. магнитная сила действовала через бумагу, вынуждая скрепку двигаться по заданному магнитом пути.
Вывод: магнитная сила может проходить через предметы.
Благодаря этому свойству изготавливают магнитные пуговицы, игры для детей (магнитная доска), магнитную резину для холодильника и многое другое [1].
Опыт 4. Как быстро собрать гвозди из песка? А теперь я решил узнать, можно ли спрятать магнит, т. е. воспрепятствовать воздействию магнитной силы.
Для этого в коробку мы кладём гвозди и насыпаем песок. Магнитом проводим над поверхностью. Магнит притянул только гвозди, а песок - нет. (Приложение II, Фото 3.)
Вывод: магнит притягивает всё железное, на песок не действует.
Опыт 5. Могут ли два магнита притягиваться друг к другу?
Ещё очень интересное свойство – отталкивание магнитов.
Мы взяли два магнита. Когда подносишь магниты разными сторонами друг к
другу, то в одном случае они притягиваются, а в другом отталкиваются. (Приложение II, Фото 4.)
Это свойство также действует и на расстоянии. Для того, чтобы это проверить, мы прикрепили магнит на машинку. Другой магнит подносили на
7
некотором расстоянии, и машинка двигалась то вперед, то назад, в зависимости от того, каким полюсом его подносишь. (Приложение II, Фото 5.)
Это происходит потому, что любой магнит имеет два полюса – северный и южный.
Вывод: противоположные полюсы притягиваются, а одинаковые – отталкиваются. При этом два полюса имеют все магниты, независимо от формы и размера. (Приложение III, Фото 1)
Это свойство магнита используют на железных дорогах. Некоторые скоростные поезда не имеют колес: внутри поезда и на рельсах устанавливаются мощные электромагниты, которые повернуты друг к другу одинаковыми полюсами. Поезд практически парит над рельсами и благодаря отсутствию трения может достигать высоких скоростей.
Это магнитная сила Земли заставляет все свободно движущиеся магниты ориентировать свои полюсы один на Северный, другой на Южный полюс.
Земля ведёт себя как большой магнит: у неё есть своё магнитное поле. Считается, что это явление вызвано железом и никелем во внутреннем ядре Земли, которое вращается вместе с земным шаром. Линии магнитного поля идут от одного полюса к другому. А вот колебания этого поля - магнитные бури зависят уже не от планеты, а от ближайшей звезды. В моменты вспышек на Солнце в пространство исторгаются потоки частиц. Их называют солнечным ветром. Через сутки - двое частицы долетают до Земли. Бомбардируя магнитное поле нашей планеты, они вызывают магнитные бури, северные сияния.
Это замечательное свойство используют для создания компаса, который просто незаменим для определения сторон света. Магнит - это замечательный помощник в путешествии [2].
Опыт 6. Возможно ли сделать самодельный компас из подручных предметов в домашних условиях. Лайфхак.
Потребуются иголка, миска с водой, спички или зажигалка, шерстяная вещь,
8
кусочек бумаги.
Мы взяли иголку (в природных условиях это могут быть скрепка, гвоздик, булавка) и один конец накалили с помощью огня до красноты. Огонь размагнитил этот конец иглы. Второй конец натёрли шерстяной тканью или намагничиваем, если нет ткани, можно натереть пальцами. Для доказательства мы взяли вторую иголку, которая не подвергалась обработке. Обоженным концом попробовали примагнитить иглу, не получилось, а второй намагниченный конец без проблем притянул новую иголку. Здесь мы ещё раз убедились, что у иголки один конец размагниченный, второй нет. Затем в миску с водой опускаем кусок бумаги и на него осторожно кладём иголку. В природных условиях это может быть лужа, водоём. Через некоторое время иголка приняла исходное положение. Размагниченный конец, который накалили огнём, будет показывать на юг. Намагниченный – на север. Такой способ не раз спас жизни людям в экстремальных ситуациях. (Приложение III, Фото 2).
Вывод: Нам удалось самим сделать компас в домашних условиях из подручных материалов. Мы сличили показания нашего самодельного компаса со стрелкой настоящего – они совпали. Как мы сказали, это связано с удивительным магнитным полем Земли.
2.2. Применение магнита в жизни людей.
О магнитах люди узнали давно и стали использовать его свойства в своих целях. Во всех отраслях жизни магнит – постоянный спутник.
Первым прибором, основанным на явлении магнетизма, стал компас. Компас - это устройство для ориентирования на местности. При помощи компаса можно определить, где находятся стороны света: север, юг, запад, восток. 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. (Приложение III, Фото 3)
9
Люди изобрели электромашинные генераторы и электродвигатели, которыепреобразуют либо механическую энергию в электрическую (генераторы), либо электрическую в механическую (двигатели). Действие генераторов основано на принципе электромагнитной индукции.
Благодаря свойству магнитов воздействовать на расстоянии и через растворы, их используют в химических и медицинских лабораториях, где нужно перемешивать стерильные вещества в небольших количествах. Магниты используют под водой. Благодаря своей способности притягивать предметы под водой магниты используются при строительстве и ремонте подводных сооружений. С их помощью очень удобно закреплять и прокладывать кабель или держать под рукой инструмент [11].
Сегодня мы страдаем от дефицита магнитного поля не меньше, чем от нехватки витаминов и минералов. Поэтому миллионы людей во всем мире используют положительное действие магнитотерапии. Магниты оказывают мягкое обезболивающее действие, улучшают настроение, лечат заболевания костей, уменьшают возбудимость нервной системы и снимают стресс. Лечебные магниты используются в виде пластырей, браслетов, обручей клипсов.
Магнит помогает земледельцу очищать семена культурных растений от семян сорняков. Если засорённые семена культурных растений обсыпать железным порошком, то крупинки железа плотно облепят ворсистые семена сорняков, но не пристанут к гладким семенам полезных растений. Попадая затем в поле действия достаточно сильного электромагнита, смесь семян автоматически разделяется на чистые семена и на сорную примесь: магнит вылавливает из смеси все те семена, которые облеплены железными опилками.
Силой магнитов пользуются иногда и фокусники; легко представить, какие эффектные трюки проделывают они с помощью этой невидимой силы и производят впечатление настоящего чародейства.
Но стоит помнить о том, что магнитное поле отрицательно воздействует на
10
работу мобильных телефонов, компьютеров и прочей техники, а железные предметы, находясь рядом с магнетитом, могут намагнититься и перестать работать.
Поскольку магниты очень часто используются в детских игрушках (например, магнитный конструктор из шариков) необходимо знать, что людям противопоказано глотать магниты, поскольку те, попав в разные части организма, все равно будут притягиваться, что может привести к блокированию кровяного потока и разрывам внутренних органов. И если своевременно не оказать хирургическую помощь, то это может привести к очень плохим последствиям.
Область применения магнитов невероятно широка, начиная от применения в бытовых целях и заканчивая медициной, промышленностью и т. д. Получается, что мы с магнитами сталкиваемся очень часто, просто никто особо не задумывается, что в основе привычных для нас вещей лежат уникальные свойства магнита.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выполнив данную исследовательскую работу, мы узнали, что магнит - это объект, сделанный из определенного материала, который создаёт магнитное поле, а также что у него есть своя история.
Увлекли и заинтересовали опыты с магнитами. В результате чего мы сделали следующие выводы:
- магниты обладают способностью притягивать предметы из различных металлов;
- разные полюса магнитов притягиваются, одинаковые полюса отталкиваются;
- магнит всегда будет иметь "северный" и "южный" полюс, невозможно добиться, чтобы образовался один магнитный полюс;
- магнитная сила может проходить через предметы и вещества;
- магниты притягивают даже на расстоянии;
- форма и размер магнита влияет на его силу.
Изучив проблему с теоретической и практической точки зрения, выполнив все опыты, мы подтвердили свою гипотезу, что магниты притягиваются друг к другу только определённой стороной.
11
Изучая литературу, мы узнали, что земля – это большой магнит, который тоже имеет два полюса «южный» и «северный».
Область применения магнитов невероятно широка, начиная от применения в бытовых целях и заканчивая медициной, промышленностью и т. д. Получается, что мы с магнитами сталкиваемся очень часто, просто никто особо не задумывается, что в основе привычных для нас вещей лежат уникальные свойства магнита.
И в заключение хочу сказать: изучая свойства магнита, я пришёл к выводу , что жизнь всегда будет полна загадок. И наряду с самыми сложными – загадками жизни и Вселенной – загадка магнита всегда будет давать пищу для любознательного ума!
притягивает предметы, сделанные из железа и стали;
Каждый магнит имеет северный и южный полюсы. Северный - синий цвет, а южный – красный цвет.
12
Список литературы
1. Атлас по технике / Под ред. И.Б. Щеглова; пер. с исп. - М.: ОЛМА-ПРЕСС Экслибрис, 2003. - 96с.
2. Большая книга экспериментов для школьников / Под ред. Антонеллы Мейяник; пер. с ит. И.Э. Мотылевой. - М.:ООО "РОСМЭН-Издат", 2001. - 260с.
3. Геркулесов камень: [Электронный ресурс] // URL: http://class-fizika.narod.ru/m2.htm
4. Карцев В.П. Магнит за три тысячелетия: [Электронный ресурс] // НиТ Раритетные издания. URL: http://n-t.ru/ri/
5. Любящий камень. Магнетизм. Электричество: [Электронный ресурс] // URL: http://www.plam.ru/phisika/zanimatelnaja_fizika_kniga_2/p10.php
6. Откуда взялись магниты?: [Электронный ресурс] // URL: http://nezna.li/categories/istoriya/18178-otkuda-vzyalis-magnity
7.Открытие магнетизма. Изобретения древних цивилизаций: [Электронный ресурс] // URL: http://drizob.ru/magnity-i-magnetizm/otkrytie-magnetizma/index.html
8. Толстой Л.Н. Собрание сочинений в 22 т. М.: Художественная литература, 1982. Т.10
9. Энциклопедия магнетизма: [Электронный ресурс] // URL: http://www.valtar.ru/Magnets4/mag_4_30.htm
10.Все обо всем. Популярная энциклопедия для детей. Том 7 – Москва, 1994.
11.Занимательные опыты: Электричество и магнетизм./ М. ДиСпецио; Пер. с англ. М. Заболотских, А. Расторгуева. – М.: АСТ: Астрель, 2005.
12. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика / Сост. А.А. Леонович; Под общ.ред. О.Г. Хинн. – М.: ООО «Издательство АСТ-ЛТД», 1998. – 480 с.
13
Приложение I
Фото 1.
Фото 2. Фото 3.
14
Приложение II
Фото 1. Фото 2.
Фото 3. Фото 4.
Фото 5.
15
Приложение III
Фото 1.
Разные полюса притягиваются:
Одинаковые полюса отталкиваются.
Фото 2. Фото 3
Приложение IV
Опросник
1. Знаешь ли ты, что такое магнит?
Да
Нет
Ты встречаешь магнит дома?
Да
Нет
Как часто используешь магнит?
Часто
Редко
Не использую
4.Хотел бы ты узнать о свойствах магнита?
Да
Нет