XV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Есть ли тайна у магнита?
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
На осенних каникулах я гостил у бабушки. Однажды вечером бабушка занялась рукоделием и уронила на пол иголку. Стала смотреть на пол, а иголки не видно, тогда дедушка подошел и провёл по полу магнитом, иголка сразу оказалась на магните. Почему так произошло? В чем волшебная сила магнита? Все ли предметы притягивает к себе магнит? Мне захотелось узнать, что такое магнит, почему в школе магнит помогает прикрепить бумагу на доску или дома на холодильнике разные картинки - сувениры? Это определило тему нашей исследовательской работы « Есть ли тайна у магнита?»
Цель работы: изучение свойств и возможностей использования магнита.
Для достижения цели были поставлены задачи:
- изучить литературу, проанализировать полученную информацию, сделать выводы по данной проблеме;
- изучить историю появления магнита и способы применения в жизни людей;
- найти интересные факты о магните;
- изучить свойства магнитов, проведя опыты.
Объект исследования: магнит
Предмет исследования: свойства магнита.
Гипотеза: если магнит обладает свойством притягивать к себе другие предметы, то это природное явление, не волшебство, человек использует эту способность в жизни.
В своей работе я использовал методы анализа и обобщения информации, метод исследования и анкетирования, чтение литературы по данной теме, практические опыты с магнитом.
Актуальность темы исследования в том, что в ходе проведения опытов я узнал особенности окружающего мира, полученная информация в дальнейшем может пригодиться мне при изучении физики в средней школе.
ГЛАВА 1. Представление о магните
1.1 История открытия и изучения магнита
Магнит – это тело, способное притягивать железо, сталь, никель и некоторые другие металлы. Слово «магнит» происходит от названия провинции Магнезия (в Греции), жителей которой звали магнетами. Так утверждал Тит Лукреций Кар в своей поэме «О природе вещей». О магните в той или иной связи писали до нашей эры Пифагор, Гиппократ, Платон, Эпикур, Аристотель, Лукреций. Любой магнит имеет два полюса – северный и южный. Южный полюс одного магнита притягивает северный полюс другого. Таким образом, разные полюса магнитов притягиваются, а одинаковые, наоборот, отталкиваются друг от друга.
Магнитная сила – сила, с которой предметы притягиваются к магниту. Пространство вокруг магнита, где действуют магнитные силы, называют магнитным полем. Магнит – это тело, длительное время сохраняющее намагниченность, и способное притягивать железные или стальные предметы. Магниты состоят из миллионов молекул, объединенных в группы, которые называются доменами. Железо имеет множество доменов, которые можно сориентировать в одном направлении, то есть намагнитить. Домены в пластмассе, резине, дереве и остальных материалах находятся в беспорядочном состоянии, поэтому эти материалы не могут намагничиваться.
Планета Земля богата железом. Поэтому ее можно рассматривать как большой магнит. У Земли так же есть два полюса – северный и южный. Маленькие магниты всегда указывают на них. На этом свойстве основана работа компаса. Существует старинная легенда: в поисках овцы пастух зашёл в незнакомые места, в горы. Кругом лежали чёрные камни. Он с изумлением заметил, что его палку с железным наконечником камни притягивают к себе, словно её хватает и держит какая-то невидимая рука. Поражённый чудесной силой камней пастух принёс их в ближайший город – Магнесу. Здесь каждый мог убедиться в том, что рассказ пастуха не выдумка – удивительные камни притягивали к себе железные вещи! Более того, стоило потереть таким камнем лезвие ножа, и тот сам начинал притягивать железные предметы: гвозди, наконечники стрел. Будто из камня, принесённого с гор, в них перетекала какая-то сила, разумеется, таинственная. Свойства магнита притягивать некоторые предметы и в наши дни не потеряло своей чарующей таинственности. На самом деле, более двух тысяч лет тому назад древние греки узнали о существовании магнетита – минерала, который в состоянии притягивать железо. Магнетит обязан своим названием древнему турецкому городу Магнесия, где этот минерал нашли древние греки. Сейчас этот город называется Маниза, и там до сих пор встречаются магнитные камни. Кусочки найденных камней называют магнитами или природными (естественными) магнитами. Со временем люди научились сами изготавливать магниты, намагничивая куски железа.
В России магнитную руду нашли на Урале. Более 300 лет назад местные охотники удивлялись, что подковы лошадей притягиваются к земле и считали это место проклятым. А в 1720 году началась добыча железной руды из горы Магнит. В Курской, Белгородской, Орловской областях располагается Курская магнитная аномалия (КМА). Это самый огромный на нашей планете регион, который невероятно богат запасами железа. Еще в 1773 году ученый-астроном П. Б. Иноходцев заметил, что под городом Курском компас, а именно его магнитная стрелка, ведет себя странно. В этой аномальной местности компас может показать, что угодно: начинает указывать восток, хотя там находится запад, путает север и юг. Позже, в 1874 году приват-доцент И. Н. Смирнов решил провести геомагнитную съемку Европейской части России, и был удивлен, обнаружив эту аномалию. Разгадал загадку ученый Н. Д. Пильчиков, который наблюдал за КМА и предположил, что она возникла из-за больших залежей в этой местности железной руды. За это открытие он получил награду – серебряную медаль. Позже здесь были открыты первые месторождения, и началась добыча руды. КМА – это два подземных железнорудных хребта. Один тянется на 400 км, имеет ширину 25 км, другой – 600 км в длину и 30 в ширину. Именно этот дар природы кормит последние годы местное население
1.2. Область применения магнитов
Магниты – важная часть нашей повседневной жизни.
Представители различных наук учитывают магнитные поля в своих исследованиях: физик измеряет магнитные поля атомов и элементарных частиц, астроном изучает роль космических полей в процессе формирования новых звезд, геолог по аномалиям магнитного поля Земли отыскивает залежи магнитных руд.
- Магниты являются существенными компонентами таких устройств, как электрические двигатели, динамики, компьютеры, проигрыватели компакт-дисков, микроволновые печи, автомобили.
- Магниты встроены в моторы всех детских движущихся игрушек, в DVD-проигрыватели, лифты.
- Кредитные, дебетовые, банковские карты имеют магнитные полоски, с одной стороны, осуществляют доступ к информации о личности, к его счету, к открытию магнитного замка.
- С помощью магнитов мы крепим записки на холодильник дома, закрепляем шторы, а в школе прикрепляют плакаты к доске; магнитные крепления есть на дверцах шкафов, сумках.
- Есть магнитные игры, например, магнитные пазлы, магнитный футбол.
- Магниты используются и в сканирующих приборах, которые применяются в медицине для построения изображения внутренних органов. Это магнитно-резонансные томографы. Широко распространен магнитный метод удаления металлических частиц из глаза. Магниты также широко используются в магнитной терапии, включая магнитные пояса, массажеры, матрасы и т.д. Медицинские учреждения используют методы магнитного резонанса для сканирования различных органов в организме.
- Магниты используют в магазинах-супермаркетах. Их прикрепляют к одежде, бытовой технике, парфюмерии. Такой товар нельзя без оплаты вынести из магазина, так как при прохождении через контроль будет издаваться звуковой сигнал.
- Огромные магниты используют в технике, они помогают поднимать тяжелые грузы на заводах.
- Сейчас благодаря своей способности притягивать предметы под водой магниты используются при строительстве и ремонте подводных сооружений. Благодаря свойству магнитов воздействовать на расстоянии и через растворы, их используют в химических и медицинских лабораториях, где нужно перемешивать стерильные вещества в небольших количествах.
- Поезда на магнитной подушке движутся, не касаясь рельсов, из-за явления магнитного отталкивания. Трение о рельсы не тормозит их движение.
- В цилиндровых замках некоторых моделей применяются магнитные элементы. Замок и ключ снабжены ответными кодовыми наборами постоянных магнитов. Когда в замочную скважину вставляется правильный ключ, он притягивает и устанавливает в нужное положение внутренние магнитные элементы замка, что и позволяет открыть замок.
- Магниты используются в ювелирных изделиях, таких как браслеты, серьги, кулоны и ожерелья.
- Магниты также применяются в ветеринарной практике для лечения животных, которые часто вместе с кормом заглатывают металлические предметы. Эти предметы могут повредить стенки желудка, легкие или сердце животного. Поэтому перед кормлением фермеры с помощью магнита очищают пищу.
- Еще любопытнее та полезная служба, которую несет магнит в сельском хозяйстве, помогая земледельцу очищать семена культурных растений от семян сорняков. Сорняки обладают ворсистыми семенами, цепляющимися за шерсть проходящих мимо животных и благодаря этому распространяющимися далеко от материнского растения. Этой особенностью сорняков, выработавшейся у них в течение миллионов лет борьбы за существование, воспользовалась сельскохозяйственная техника для того, чтобы отделить с помощью магнита шероховатые семена сорняков от гладких семян таких полезных растений, как лен, клевер, люцерна.
Если засоренные семена культурных растений обсыпать железным порошком, то крупинки железа плотно облепят 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. Можно сделать вывод: нет области деятельности человека, где бы ни применялись магниты.
1.3 Интересные факты о магнитах
1. Магниты широко используются в секторе здравоохранения. Как местное наружное средство и в качестве амулета магнит пользовался большим успехом у китайцев, индусов, египтян, арабов, греков, римлян и т.д. О его лечебных свойствах упоминают в своих трудах философ Аристотель и историк Плиний. Во второй половине XX века широко распространились магнитные браслеты, благотворно влияющие на больных с нарушением кровяного давления. Царица Клеопатра, которую до сих пор считают красивейшей женщиной в истории мира, носила магнитные украшения, чтобы отсрочить старение.
2. Использование магнитов для развлечения: фокусники Древней Греции удерживали несколько тяжелых железных колец, которые висели, ничем не связанные между собой, одно под другим, не падая. Их секрет заключался в том, что кольца эти были сделаны из магнита
3. По мнению ученых, птицы - это единственные в мире существа, которые могут видеть и чувствовать магнитные поля Земли. Именно эта способность помогает им не сбиться с дороги при поиске дома на больших расстояниях полета.
4. Земля представляет собой гигантский магнит, который удерживает все вокруг на ней и создает силу притяжения. Стрелки компаса ориентируются по магнитному полю земли.
5. В ноябре 1954 года Джон Уитли получил патент на идею использовать магнит как держатель легоньких предметов, таких как заметки, записки, бумага на холодильниках и прочих металлических поверхностях.
6. Идею по использованию магнита на холодильнике первым придумал Вильям Циммерман в ранних 1970-х годах. Вильям Циммерман получил патент на небольшие мультипликационные цветные магниты, которые могут быть использованы как для удобства, так и в качестве элементов декораций.
7. Сейчас известное хобби «коллекционирования магнитов» - отчасти творение бытовых прагматиков. Изначально магниты приобрели популярность в том, что использовались для того, чтобы скрыть царапины и дефекты на бытовой технике, а также для крепления различных заметок и напоминаний.
8. Существует музей Гиннеса в Голливуде, в котором представлены более 7000 магнитов (часть коллекции Луизы Гринфарб).
9. Мировой рекорд по количеству магнитов на холодильник принадлежит Луизе Гринфарб, проживающей в Хендерсоне, штат Невада, США. На сегодняшний день у Луизы в коллекции имеется более 40000 магнитов. Луиза называет себя «магнитная леди».
10. По данным опросов «РОМИР Мониторинг», проведенных в 2021 году, 86% опрошенных украшают свой холодильник тем или иным способом. Из них 78% имеют некоторую коллекцию магнитов.
ГЛАВА 2.
2.1 Результаты анкетирования
В процессе работы мы провели анкетирование среди учащихся нашего класса и узнали, что дети знают о магните. В анкетировании приняли участие 23 человека.
В анкете были поставлены следующие вопросы:
1.Пользуетесь Вы магнитами?
Да - 20
Нет - 3
Этим вопросом мы выяснили, что почти все учащиеся пользуются магнитом в повседневной жизни.
2.Знаете Вы свойства магнита?
Да - 13
Нет – 10
Мы выяснили, что дети знают о свойствах магнита, хотя есть дети, которые об этом не догадываются.
3. Знаете ли Вы, где применяются магниты?
Да - 18
Нет - 5
Мы выяснили, что большинство детей знают, где применяются в нашей жизни магниты.
4. Существуют ли магниты в природе?
Да – 6
Нет - 17
Всего несколько человек уверены, что магниты существуют в природе, остальные уверены, что в природе их не бывает.
Поэтому наше исследование весьма актуально для расширения знаний и применения свойств магнита на практике.
2.2 Опыты с магнитом
Опыт 1. Какие материалы притягивает магнит?
Мы взяли предметы из дерева, металлов, пластмасс, стали, бумаги и ткани.
Поверхности из разных материалов: дверца холодильника, дверца шкафа, стена, оконное стекло. Подносили магнит по очереди ко всем предметам, некоторые из них притягиваются к магниту, а некоторые не испытывают его притяжения.
|
Предмет |
Действие магнита |
|
Стекло |
- |
|
Дверь шкафа |
- |
|
Дверца холодильника |
+ |
|
Гаечный ключ, гвозди |
+ |
|
Бумага |
- |
Вывод: магниты обладают способностью притягивать предметы из железа или стали. На дерево, пластмассу, бумагу, ткань магнитная сила не действует.
Эти свойства магнита мы используем повседневно в школе и дома. Мы прикрепляем записки к холодильнику, дверцы на шкафах закрываются на магнитные замки, в школе мы пользуемся «магнитной» доской, прикрепляя к ней наглядные материалы.
Опыт 2. Какая сила магнитов?
Обернули магнит в бумагу и проверили, притягивает ли он ножницы.
Обернули магнит в фольгу и проверили, притягивает ли он ножницы.
Обернули магнит в несколько раз сложенное полотенце и проверили, притягивает ли он ножницы.
Вывод: магнит притягивает ножницы через бумагу, фольгу, ткань, сложенную в 4 слоя.
Опыт 3.
Всем детям родители говорят: «Нужно есть яблоки, потому что в них содержится много железа». Считается, что в зелёных яблоках железа содержится больше.
Поднесём магнит на максимально близкое расстояние к яблоку, яблоко немножко отодвинулось. Конечно, яблоко не притягивается, но, содержащееся в нём железо всё-таки реагирует на магнит.
Опыт 4. Какая сила магнита под водой?
Изучая энциклопедическую литературу, мы узнали, что 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.
Чтобы проверить так ли это, мы провели следующий опыт: в банку с водой мы бросили скрепку, затем прислонили магнит к банке на уровне скрепки, и как только она приблизилась к стенке банки, медленно стали двигать магнит по стенке вверх. Скрепка следовала за движением магнита и поднялась вверх к поверхности воды. Мы достали скрепку, не замочив рук.
Вывод: магнитная сила действует сквозь воду и стекло, магниты обладают способностью притягивать предметы из железа или стали некоторых других металлов.
Опыт 5. Создание магнитного поля
Мы прикоснулись концом скрепки к другой скрепке, ничего не произошло. Если же к магниту приложить одну скрепку, а затем, не касаясь магнита, к первой скрепке аккуратно приложить вторую, то увидим, что скрепка не упадет. Ко второй прикладываем третью, она тоже держится. Получилась скрепочная веревка. У нас их получилось 5 штук. Мы осторожно убрали магнит, взялись за верхнюю скрепку, скрепки не рассыпались. Первая скрепка, побывав в магнитном поле магнита, намагнитилась и сама стала магнитом. Вывод: магнитное поле можно создать искусственно.
Опыт 6.
Нас заинтересовал вопрос: одинаковая ли сила у магнитов? Чтобы ответить на него мы взяли три магнита разных размеров и три одинаковых монеты (сначала 10 рублей, потом 5 рублей). Разложили на столе магниты в ряд, на расстоянии друг от друга. Положили на стол линейку и вплотную к ней разложили монетки, но на достаточном расстоянии от магнитов. Потихоньку подталкивали линейку с монетами в сторону магнитов. В результате одни монетки притягивались к магниту сразу же, другие только тогда, когда приближались к магнитам на близкое расстояние. Это происходит потому, что магниты притягивают предметы на определенном расстоянии.
Вывод: у каждого магнита есть своё магнитное поле, чем больше магнит, тем больше сила притяжения и тем больше расстояние, на котором магнит оказывает свое воздействие.
Опыт 7. Магнитные полюсы
Мы взяли игрушечную машинку и приклеили к ней пластилином магнит. Другой магнит я держал в руке и приближал к машинке разными сторонами. Если я приближал магнит к машинке одной стороной, она ехала вперёд, если другой стороной – то назад. Это происходит потому, что каждый магнит имеет два противоположных полюса: положительный и отрицательный. Вывод: противоположные полюсы – притягиваются, одинаковые – отталкиваются.
Опыт 8.
Мы решили узнать, как магнит действует на стрелку компаса?
Существует много моделей компаса (старинный китайский, жидкостный, электрический), и у каждой свой вид и дизайн. Но все компасы позволяют ориентироваться на местности, указывая стороны горизонта.
Такого прибора, вообще не существовало бы, если бы наша планета не являлась постоянным магнитом. 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. Сначала мы наблюдали за стрелкой компаса в рабочем состоянии. Затем мы поднесли к компасу магнит, стрелка притягивается к магниту и показывает на магнит.
Вывод: магнитное поле воздействует на стрелку компаса, она меняет своё направление и показывает на магнит.
2.3 Магнетизм человека
Изучая литературу о магнитах, я встретился с понятием люди магниты.
Человеческий магнетизм — предполагаемая способность некоторых
людей притягивать предметы к своему телу. Наиболее популярные
«притягиваемые» предметы — металлические предметы (ложки, вилки).
Первые упоминания о них появились в 19 веке. Эти люди обладают
уникальными способностями, они как магнит могут притягивать металл и
удерживать его на своем теле. Многие ученые признают феномен людей
магнитов, но до сих пор не могут дать однозначного объяснения этому
факту.
Заключение
В данной работе были изучены свойства магнита. Благодаря своим чудесным свойствам магнит активно используется человеком в повседневной жизни.
Изучив литературу, мы выяснили, историю появления магнита, его свойства, которые использует человек в своей жизни, познакомились с интересными фактами о магните. По результатам нашего анкетирования мы выяснили, что ребята имеют некоторые знания о магните и применяют его в жизни. Проведя опыты, мы убедились, что магниты воздействуют на металлические предметы, благодаря своей способности притягивать предметы даже под водой магниты используют при строительстве и ремонте подводных сооружений. С их помощью очень удобно закреплять и прокладывать кабель или держать под рукой инструмент. Магнит способен притягивать предметы даже на расстоянии. Благодаря этому свойству магниты используют в медицинских лабораториях, где нужно перемешивать стерильные вещества в небольших количествах. Сила магнита зависит от его формы и размера. Магниты одного полюса отталкиваются, а разных - притягиваются.
Мы поняли, что магнит — это самый необычный и в тоже время самый обычный предмет для экспериментов. Он притягивает железо, имеет своё магнитное поле и, чем больше магнит, тем больше его магнитное поле, тем сильнее сам магнит. Наша планета Земля - это огромный магнит, помните об этом! Таким образом, моя гипотеза подтвердилась, что способность магнитов притягивать предметы это не волшебство, а природное явление, которое использует в своей жизни человек.
Практическим путем мы изучили некоторые свойства и способности магнитов. Благодаря этим способностям магниты очень широко используются в нашей жизни. Они используются и в быту, и в медицине, и в строительстве, и в энергетике, и транспортной промышленности, и в геологии. Они окружают нас повсюду. Открытие магнетизма было одним из значимых открытий в науке. Работа над исследованием оказалась очень интересной и увлекательной. Я думаю, что, выполняя исследование, я приобрел умения
критически работать с полученной информацией, анализировать и сопоставлять имеющие факты, находить пути решения возникающих проблем. Все это мне необходимо будет для моего дальнейшего успешного продолжения образования. Еще не родился и, наверное, не родится никогда человек, который мог бы сказать: «Я знаю о магните всё». Почему магнит притягивает? – этот вопрос всегда будет внушать необъяснимое волнение перед прекрасной таинственностью природы, и рождать жажду новых знаний и новых открытий.
Список литературы
Большая книга экспериментов для школьников / Под ред. Антонеллы Мейяни; Пер. с ит. Э.И. Мотылевой. – М.: ЗАО «РОСМЭН-ПРЕСС», 2020. – 260 с.
Занимательные опыты: Электричество и магнетизм./ М. Ди Специо; Пер. с англ. М. Заболотских, А. Расторгуева. – М.: АСТ: Астрель, 2021, - 160 с.: ил.
Мнеян М.Г. Новые профессии магнита: Кн. Для внекласс. чтения М.: Просвещение, 2019. – 144 с., ил. – (Мир знаний)
Пасынков В.В., Сорокин В.С. Практическое использование магнитов, М.: Высшая школа, 2017 – 252с.
Перельман Я.И.. Занимательная физика. В 2-х кн. Кн. 2 / Под ред. А.В. Митрофанова. – М.: Наука, 2018. – 272 с., ил.
Что? Зачем? Почему? Большая книга вопросов и ответов / Пер. К. Мишиной, А. Зыковой. – М.: Эксмо, 2018. – 512 с.: ил.
Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика / Сост. А.А. Леонович; Под общ. ред. О.Г. Хинн. – М.: ООО «Издательство АСТ-ЛТД», 2019. – 480 с.