XIX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Магнитные поля: что это такое и как их определить в домашних условиях
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Природа вокруг нас удивительна и многогранна. Многие ученые пытаются разгадать ее тайны, некоторые из них уже открыты, другие до сих пор изучаются. Недавно мне подарили большую книгу экспериментов, в которой я нашел большой раздел про магнитные поля. Мне захотелось подробнее изучить, что это такое, какова их роль в нашей жизни и как их определить самостоятельно.
К тому же в интернете, на радио и телевидении очень часто говорят об огромном влиянии и роли магнитных полей в нашей жизни, поэтому я решил, что эта тема актуальна и захотел ее подробно изучить.
Существует множество источников, благодаря которым можно узнать много интересного о магнитных полях, в большинстве случаев это статьи в интернете. Много полезной информации я нашел в "Большой книге экспериментов" под ред. Антонеллы Мейяни.
Цель моей работы: узнать, что такое магнитные поля и научиться определять их самостоятельно.
Задачи моей работы:
- узнать, что такое магнитные поля;
- изучить историю открытия магнитных полей;
- изучить роль магнитных полей в нашей жизни;
- научится определять магнитные поля в домашних условиях.
Методы работы:
1. Просмотр книг на интересующую тему.
2.Обратиться к компьютеру, посмотреть в глобальной компьютерной сети Интернет.
3.Провести несколько экспериментов и сделать выводы.
История появления магнита
Первые залежи магнетита были обнаружены на территории современной Греции, в области Магнисия. Так и получилось название «магнит»: сокращение от «камень из Магнисии». Кстати, сама область называется по племени магнетов, а те, в свои очередь, берут своё имя у мифического героя Магнета, сына бога Зевса и Фии.
Существует легенда о пастухе по имени Магнус. Рассказывали, что он странствовал со своими овцами и вдруг обнаружил, что железный наконечник его посоха и гвозди в его башмаках прилипают к странному чёрному камню. Так был открыт магнит.
Использовать магнит как указатель сторон света догадались в Китае, но никто не проводил теоретических исследований на эту тему.
А вот научные труды европейских средневековых учёных не обошли магнит стороной. В 1260 году Марко Поло привёз магнит из Китая в Европу, с тех пор его стали тщательно изучать. Пётр Перегрин в 1296 году издал «Книгу о магните», где было описано такое свойство магнита, как полярность. Пётр установил, что полюса магнита могут притягиваться и отталкиваться.
В 1300 году Иоанн Жира создал первый компас, облегчив жизнь путешественникам и мореплавателям. Впрочем, за честь считаться изобретателям компаса борется несколько учёных. Например, итальянцы уверены, что первым изобрёл компас их соотечественник Флавио Джойя.
В 1600 труд «О магните, магнитных телах и о большом магните – Земле. Новая физиология, доказанная множеством аргументов и опытов» английского врача Уильяма Гильберта расширил границы знаний об этом предмете. Стало известно, что нагревание способно ослабить магнит, а железная арматура может усилить полюса. Так же оказалось, что сама Земля является огромным магнитом.
В 1701 астроном Э.Галлей опубликовал свои труды по изучению геомагнитных полей. Вскоре была доказана связь между полярным сиянием и магнитными бурями.
Оказывается, бывают дни, когда стрелка компаса перестаёт указывать на север, а начинает беспорядочно кружиться. Это может продолжаться несколько часов или даже несколько суток. Поскольку первыми данный феномен обнаружили моряки, то и назвали явление – магнитной бурей.
Магнитное поле: что это такое и каковы его свойства
М агнитное поле — это результат действия магнита в пространстве, которое его окружает и где он проявляет своё действие. У магнитов есть два полюса: северный (отрицательный) и южный (положительный).
Вокруг магнита экспериментальным путем были обнаружены магнитные силовые линии. Эти магнитные линии создают так называемое магнитное поле (см. рис 1).
Рисунок 1
Концентрация магнитных силовых линий на самых краях магнита намного больше, чем в его середине. Это говорит о том, что магнитное поле является более сильным именно на краях магнита, а в его середине практически равна нулю. Направлением магнитных силовых линий считается направление от севера к югу.
Ошибочно считать, что магнитные силовые линии начинают свое движение от северного полюса и заканчивают свой век на южном. Это не так. Магнитные линии замкнуты и непрерывны (см. рис 2).
Рисунок 2: магнитные силовые линии
Рисунок 3: взаимодействие разноименных магнитных полей
Если приблизить два разноименных полюса, то произойдет притягивание магнитов (см. рис 3).
Если же приблизить одноименными полюсами, то произойдет их отталкивание (см. рис 4).
Рисунок 4: взаимодействие одноименных полюсов магнита
Важные свойства магнитных силовых линий:
-
Магнитные линии не поддаются гравитации.
-
Никогда не пересекаются между собой.
-
Всегда образуют замкнутые петли.
-
Имеют определенное направление с севера на юг.
-
Чем больше концентрация силовых линий, тем сильнее магнитное поле.
-
Слабая концентрация силовых линий указывает на слабое магнитное поле.
-
Магнитные силовые линии, которые образуют магнитное поле, называют также магнитным потоком.
Роль магнитного поля в нашей жизни
Самый большой магнит — это наша планета Земля. Магнитное поле, окружающее Землю, играет очень важную роль. Оно хранит нас от губительной радиации, управляет погодой, жизнедеятельностью населяющих ее организмов. Магнитное поле защищает поверхность Земли от солнечного ветра и вредного космического излучения. Оно работает как своеобразный щит — без его существования атмосфера была бы разрушена.
Все, что находится на Земле, в том числе люди, животные и растения, подвергаются воздействию невидимых силовых линий этого поля. Но, в то же время, в теле человека имеется свое магнитное поле, возникающее вследствие протекания крови по сосудам. В разных органах оно может быть различно. В здоровом организме и в нормальных условиях имеется полное соответствие и взаимодействие внешнего и внутреннего магнитного полей.
Магнетизм столь же необходим всему живому, как вода, воздух, пища или солнечный свет. Свое воздействие на земной магнетизм оказывает Солнце.
Магнитное поле играет очень большую роль в электротехнике и электронике. Магнитные поля играют важную роль в медицине. Они используются в магнитно-резонансной томографии (МРТ), которая является одним из самых точных методов диагностики заболеваний. МРТ создает изображения мягких тканей, органов и костей с помощью магнитных полей и радиоволн. Этот метод неинвазивен и безопасен для пациента.
Также магнитные поля используются при лечении некоторых заболеваний, например, болезни Паркинсона. Исследования показывают, что магнитные поля могут помочь уменьшить симптомы болезни и улучшить качество жизни пациентов.
Практическая часть
Методы определения магнитных полей
Определить магнитные поля можно при помощи выполнения несложных экспериментов
Эксперимент №1
В первом эксперименте я решил определить силовые линии магнита, которые формируют магнитное поле. Для проведения эксперимента понадобится: два листа белого картона, металлическая крошка и магнит двух форм (в виде подковы и прямоугольника) (см. рис 5).
Рисунок 5
Ход эксперимента: на два листа картона высыпаем небольшое количество металлической крошки, затем под один из листов подкладываем магнит подковообразной формы, под другой прямоугольный. Необходимо немного потрясти лист картона (см рис 6).
Рисунок 6
Вывод: на обоих листах мы наблюдаем, что крошка выстраивается вокруг магнитов в виде линий – это и есть силовые линии магнита, которые образуют магнитное поле. На полюсах магнитов скапливается большее количество крошки, следовательно, в этой области магнитная сила больше всего.
Эксперимент № 2
Д
Рисунок 7
ля проведения второго эксперимента нам понадобится бутыль с маслом, металлическая крошка и магниты (обычный и неодимовый) (см. рис 7).
В бутыль с маслом всыпаем металлический порошок и встряхиваем. Металлическая крошка равномерно распределяется внутри бутылки (см. рис 8).
Рисунок 8
Затем к стенке бутылки подносим магниты (обычный и неодимовый) (см. рис 9).
Рисунок 9
Вывод: металлическая стружка притягивается к магнитам в определённом порядке, по силовым линиям, который составляют магнитное поле. Неодимовый магнит обладает большей силой, поэтому притянул большее количество металлического порошка и держится самостоятельно.
Эксперимент №3
Земля – это большой магнит и все свободные магниты выстраиваются по его магнитным линиям. Это и позволяет стрелке компаса всегда правильно указывать направление север-юг. В ходе третьего эксперимента мы попытаемся определить магнитное поле Земли. Для этого нам понадобиться чаша с водой, небольшая пластиковая емкость, прямоугольный магнит, маркер, компас (для подтверждения результатов) (см. рис 10).
Рисунок 10
Аккуратно помещаем пластиковую емкость с магнитом в чашу с водой. Ждем когда магнит перестанет крутиться и отмечаем на чаше маркером области, которые совпадают с полюсами магнита (см. рис 11).
Рисунок 11
Попробуем раскрутить емкость с магнитом, при этом он все равно вернется к поставленным ранее отметкам. Проверим, совпадают ли указанные точки с показателями компаса (см. рис 12).
Рисунок 12
Вывод: Земля ведет себя как большой магнит и ориентирует по линиям своего поля любой свободно движущийся магнит.
Заключение
В ходе изучения темы магнитных полей, я понял, что они имеют большое значение в нашей жизни. Магнитное поле, окружающее Землю, играет очень важную роль. Оно хранит нас от губительной радиации, управляет погодой, жизнедеятельностью населяющих ее организмов. Ученые всего мира ведут наблюдения за магнитным полем Земли. Им стало известно, что в последнее время магнитное поле начинает существенно меняться.
Понимание происходящих процессов очень важно для всего живого на Земле, а значит и для всего человечества.
Магнитные поля играют важную роль в науке и медицине, помогая в диагностике и лечении заболеваний, а также в исследовании фундаментальных законов природы и понимании мира вокруг нас.
Цель моей работы достигнута, задачи решены. Сначала я думал, что магнитное поле — это сложный феномен, который невозможно определить самостоятельно. Но благодаря проведению несложных опытов, я убедился, что магнитные поля можно обнаружить. А магнитное поле земли каждый может определить при помощи компаса.
Мое исследование имеет прикладной характер. Его результаты могут быть использованы в урочной и внеурочной деятельности при изучении физики. А я в дальнейшем хочу глубже изучить тему магнетизма и сферы ее применения.
Список использованной литературы
1. https://www.uznaychtotakoe.ru/magnitnoe-pole-zemli/
2. https://www.ruselectronic.com/magnetic-field/
3. https://obuchonok.ru/node/8325
4. Большая книга экспериментов для школьников. Энциклопедия для детей | Мейяни Антонелла