II Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
КТО СТОРОЖИТ МОЙ ПОДЪЕЗД
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Каждый день, возвращаясь из школы домой, я подхожу к подъезду своего дома и открываю дверь специальным ключом. Папа говорит, что устройство, которое не позволяет открыть дверь без ключа, называется электромагнитный замок. И однажды я задумалась: а что это за устройство и как оно работает? Я спросила об этом у папы и мы решили разобраться в вопросе – какое физическое явление лежит в основе устройства «электромагнитный замок», что держит дверь моего подъезда. «Не лает, не кусает, а в дом не пускает…». В этом и заключается актуальность выбранной темы.
Цель работы: изучить устройство электромагнита, изготовить электромагнит из доступных материалов.
Задачи работы: изучить и проанализировать литературу, изучить принцип действия электромагнита, ознакомиться с устройством электромагнита, подготовить материалы и изготовить электромагнит.
Основные результаты: создана «Технологическая карта изготовления изделия», изготовлен электромагнит.
Глава 1. Что такое магнит
-
-
Классификация
-
Магнит - это Кусок железной руды или стали, обладающий свойством притягивать железные или стальные предметы. Подковообразный магнит из альнико - сплава железа, алюминия, никеля и кобальта. Магниты изготовляются в виде подковы для того, чтобы приблизить полюса друг к другу с целью создать сильное магнитное поле, с помощью которого можно поднимать большие куски железа. Магни́т — тело, обладающее собственным магнитным полем. Возможно, слово происходит от др.-греч. Μαγνῆτις λίθος (Magnētis líthos), «камень из Магнесии». [1]
Существует большое разнообразие магнитов по постоянству свойств, используемым магнитным материалам, технологиям производства (рисунок 1). [2]
Рисунок 1 – Классификация магнитов
1.2 Электромагнит и его устройство
Электромагнит - устройство, создающее магнитное поле при прохождении электрического тока через него. Обычно электромагнит состоит из обмотки иферромагнитного сердечника, который приобретает свойства магнита при прохождении по обмотке электрического тока (рисунок 2). В электромагнитах, предназначенных, прежде всего, для создания механического усилия также присутствует якорь (подвижная часть магнитопровода), передающий усилие.
Обмотку электромагнитов изготавливают из изолированного алюминиевого или медного провода, хотя есть и сверхпроводящие электромагниты. Магнитопроводы изготавливают из магнитно-мягких материалов — обычно из электротехнической или качественной конструкционной стали, литой стали и чугуна, железоникелевых и железокобальтовых сплавов. Для снижения потерь на вихревые токи (токи Фуко) магнитопроводы выполняют из набора листов. Ток (I), протекая через провод, создаёт магнитное поле (B) вокруг провода (рисунок 2). [1]
Рисунок 2 – Схема электромагнита Рисунок 3 - Прямой провод с током
Электромагниты различают по ряду признаков: по способу включения обмоток — с параллельными и последовательными обмотками; по характеру работы — работающие в длительном, прерывистом и кратковременном режимах; по скорости действия — быстродействующие и замедленного действия, создающие постоянное или переменное магнитное поле и т. д.
Как показано на рисунке 4, такой электромагнит может состоять из электрической батареи, подсоединенной к проволочной катушке (соленоиду), внутри которой размещен ферромагнитный сердечник (обычно железный). Магнитное поле, образованное текущим по проволоке электрическим током, намагничивает металлический сердечник точно так же, как постоянный магнит намагничивает кусок железа. До тех пор, пока электрический ток течет по проволоке, электромагнит ведет себя аналогично постоянному магниту: силовые линии магнитного поля идут по дуге из северного полюса электромагнита в южный (как правило, под прямым углом направлению электрического тока, в соответствии с законами электромагнетизма). Если направление электрического тока изменяется на противоположное, магнитные полюсы меняются местами и силовые линии также разворачиваются в противоположном направлении. Однако общая форма магнитного поля не изменяется. Конфигурация силовых линий магнитного поля остается постоянной, пока не изменится форма самой проволоки.[3]
Рисунок 4 – Самодельный электромагнит
-
-
Применение электромагнита
-
Открыв, что электрические токи создают магнитные поля, ученые разработали магниты, работающие на электричестве, которые, в отличие от постоянных, можно легко включать и выключать. Электродвигатели, генераторы и многие другие виды электрооборудования используют в своей работе законы электромагнетизма.
Электромагниты с большой подъемной силой применяются в технике для весьма различных целей. Например, электромагнитный подъемный кран применяется на металлургических и металлообрабатывающих заводах для переноски железного лома и готовых изделий. На металлообрабатывающих заводах часто применяют также станки с так называемыми магнитными столами, на которых обрабатываемое железное или стальное изделие закрепляется притяжением сильных электромагнитов.
В последние годы мощные электромагниты с огромной площадью полюсов получили новые важные применения при конструировании ускорителей, т. е. специальных устройств, в которых электрически заряженные частицы - электроны и протоны - разгоняются до огромных скоростей, соответствующих энергии, равной сотням миллионов и миллиардам электронвольт. Пучки таких частиц, летящих с огромной скоростью, являются основным средством исследования атомного ядра.
Электромагнитные замкинадёжно запирают стальные ворота на заводах и двери в подъездах домов. Для их открывания нужно набрать особый код. Цепь размыкается, притяжение исчезает, и замок можно легко открыть (рисунок 5).
Рисунок 5 - Электромагнитный замок домофона
Электромагнитные дорогидля скоростных транспортных средств создают над своей поверхностью так называемую «магнитную подушку». Взаимодействующие магнитные поля магнитов дороги и днища поезда удерживают его на высоте нескольких сантиметров и одновременно толкают вперёд, включаясь в момент приближения поезда и выключаясь после его проезда (рисунок 5).[6]
Рисунок 5 -
Глава 2. Изготовление электромагнита
2.1. Технологическая карта
Нами была разработана технологическая карта изготовления электромагнита, которая представлена в таблице 1.
Таблица 1 – Технологическая карта
|
№ п/п |
Наименование операций, переходов |
Фото операций |
|
1 |
Приготовить всё необходимое для изготовления электромагнита: проволоку и болт |
|
|
2 |
Намотать проволоку на болт. |
|
|
3 |
Прикрепить концы к батарейке. |
|
|
4 |
Электромагнит готов! |
Заключение
В ходе выполнения работы я нашла информацию об электромагнитах, обобщила её, собрала необходимые материалы для сборки электромагнита и сделала его.
Я многое узнала об электромагнитах и их применении. Создала свой электромагнит. Это было непросто. Хорошо, что папа помог мне найти приспособления, составные части и инструменты, мы соединили нужные части, и получился наш собственный, сделанный собственными руками прибор, чем мы можем гордиться.
Теперь наш прибор можно будет использовать по назначению, т.е. притягивать им различные железные предметы.
С помощью руководителя была создана «Технологическая карта изготовления изделия». Теперь любой ученик моего класса может, пользуясь этой картой, создать свой электромагнит!
Исследование - это очень интересно и увлекательно. Мой прибор электромагнит мне дорог, потому что его сделал мы вместе с папой, работали дружной командой.
Список использованных источников и литературы
-
https://ru.wikipedia.org/wiki/Магнит
2. http://www.valtar.ru/magnets.htm
3.http://information-technology.ru/sci-pop-articles/23-physics/232-kak-rabotaet-elektromagnit
4. http://electricalschool.info/naladka/499-jelektromagnity.html
5. http://www.class-fizika.narod.ru/caled1.htm
6 http://energ2010.ru/Fizika/Fizika_Krivchenko/El_magnity_primenenie.html
10