XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Магнит и его тайны
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1.Введение.
Необыкновенная способность магнитов притягивать к себе предметы или прилипать к железным плоскостям вызывала у меня удивление. Природа полна тайн и загадок. Моё первое знакомство с магнитом произошло тогда, когда мне подарили игры с магнитами. Я собирал различные конструкции, и мне стало интересно, почему так все прочно держится, почему палочки притягивают к себе шарики с любой стороны, но сами между собой могут притягиваться и отталкиваться, смотря какой стороной пытаться их соединить. Однажды, мы поехали в гости к старшему брату, я дошёл до подъезда. Дверь, как всегда, была закрыта. Я простым прикосновением ключа в виде «таблетки» открыл дверь. Мне стало любопытно, по какому принципу работает домофон. Что является главным компонентом домофонной системы? Зайдя в квартиру, я поделился своим любопытством с мамой. Мама сказала, что все современные домофоны комплектуются электромагнитными замками. Их основное преимущество в отсутствии движущихся частей и исключительной износоустойчивости. Удержание двери осуществляется создаваемым замком магнитным полем с силой до 500 кг. При этом потребление энергии минимальное.Возник вопрос: что такое электромагнит? Появилась необходимость более подробно рассмотреть данный вопрос и выяснить, можно ли создать простейшую модель электромагнита.
Цель работы: выяснить условия создания магнита и электромагнита в домашних условиях.
Ряд задач:
-
Исследовать магниты и их свойства.
-
Узнать, как работает электромагнит.
-
Попробовать создать магнит и электромагнит в домашних условиях.
Объект исследования: магнит.
Методы исследования: изучение литературы, интернет ресурсов, знакомство с предметом исследования, его историей и свойствами.
2. Основная часть.
2.1. Понятие «магнит», история происхождения магнита.
Магнит – это тело, обладающее способностью притягивать железные и стальные предметы и отталкивать некоторые другие благодаря действию своего магнитного поля. В природе магниты встречаются в виде кусков камня магнитного железняка - магнетита. (Фото1).
Вероятнее всего название “магнит” происходит от названия греческой провинции Магнезия. Там находится гора Сипил, известная притяжением к себе молний. По-видимомуименно кусочки магнитного железняка (магнитита) с этой горы и были первыми магнитами, над свойствами которых ломали головы великие ученые в течение многих тысяч лет.Магниты были известны человечеству еще до наступления нашей эры. Слово происходит от др.-греч. Magnētislíthos, «камень из Магнесии» - от названия древнего города Магнесия в Малой Азии, где в древности были открыты залежи.
Магнит был хорошо известен древним людям и магнитные свойства уже тогда ими использовались. Магнитный камень применяли для ориентирования, это были первые компасы.Магниты использовали древние строители. В китайских летописях есть описания магнитных ворот, через которые не мог пройти недоброжелатель с оружием, а также магнитных мостовых. Магнитную силу использовали в военных целях.Использовали магниты и для развлечения. Тысячи лет назад бродячие фокусники Древней Греции странствовали по своей земле и давали удивительные представления. Они 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. Магниты окружают нас постоянно. Я заметил, что магнитная сила используется и дома, и в школе: с помощью магнитов мы крепим записки на холодильник дома, а в школе прикрепляют плакаты к доске; магнитные крепления есть на дверцах шкафов, сумках, также используют электромагнитные замки. Есть магнитные игры, например, магнитные пазлы, магнитный футбол. 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.
2.2. Виды магнита.
Магнит - это объект, сделанный из определенного материала, который создает магнитное поле и притягивает железные предметы.
Существуют три основных вида магнитов:
- искусственные магниты - сталь, никель, кобальт (Фото 2);
- естественные магниты - магнитный железняк (Фото4,5);
- электромагниты (Фото 3).
Постоянный магнит – это объект, который долгое время может сохранять намагниченность.
Временные магниты — это предметы, которые действуют как постоянные магниты только тогда, когда находятся в сильном магнитном поле, и теряют свой магнетизм, когда магнитное поле исчезает.
Электромагниты - специальное устройство, работа которого создает магнитное поле, при подаче на него электрического тока.Он состоит из гвоздя, проволоки и батарейки. Нужно намотать проволоку на гвоздь, соединить её концы с батарейкой и электромагнит готов.
Две тысячи лет назад китайцы изобрели компас, в котором использовался маленькиймагнит. Моряки по достоинству оценили этот прибор, он помогал им определить направление их движения. И сегодня компас - это основной навигационный инструмент.
Часто мы имеем дело с искусственными магнитами, изготовленными на заводе. Большинство магнитов делают из железа и стали. Эти магниты имеют разную форму и размеры. Постоянные или природные магниты представляют собой куски магнитного железняка, он обладает небольшой притягательной силой. Для усиления этой силы несколько стальных пластин сгибаются в форме подковы, отдельно намагниченных. Каждый магнит имеет, один "северный" (N) и один "южный" (S) полюс. Если взять кусок магнита и разломить его пополам, каждый кусок опять будет иметь "северный" и "южный" полюс. К искусственным магнитам можно отнести и электромагниты. (Фото 6)
Земля и Солнце - это огромные, естественные, постоянные магниты, вокруг которого образуется магнитное поле. (Фото 5).
Вся живая природа: растения, животные, люди испытывают на себе воздействие ее магнетизма, который нужен всему земному, как вода, воздух, пища или солнечный свет. Схематическое изображение силовых линий магнитного поля вокруг постоянного магнита. Силовые линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный полюс. (Фото 6).
3.Практическая часть.
3.1. Свойства магнита.
3.1.1. Через что может проходить магнитная сила?
Магнит может притягивать металлические предметы через препятствия. Опыт «Как достать скрепки со дна стакана, не замочив рук? ».
План опыта:
1. Взял несколько скрепок и опустил в стакан с водой. Прислонил магнит к стакану на уровне скрепок и стал двигать магнит вверх.
2. Опустил шуруп в стакан с водой и такжеприслонил магнит к стакану на уровне шурупа и стал двигать магнит вверх.
Результат: скрепки острые, холодные, твердые, гладкие, блестящие. Скрепки поднялись вместе с магнитом вверх. Хотя скрепки легкие, но и с шурупом результат тот же.
Магнитная сила может проходить через жидкости и вещества. Магнит взаимодействует с металлическими предметами через воду, стекло. (Приложение 1)
3.1.2. Через что магнит притягивает металлические предметы?
Магнит может притягивать металлические предметы через дерево, картон, пластмасс.
План опыта:
1. Положил скрепки, монеты, железный гвоздь на картон, а снизу - магнит.
2. Тоже проделал с деревянной и пластмассовойдосточкой.
Результат: скрепки, монеты, железный гвоздьхорошо удерживаются даже маленькими магнитами. (Приложение 2).
3.1.3. Намагниченные предметы.
Любой железный или стальной предмет может быть намагничен трением предмета об один из полюсов магнита. Взял две большие иголки. Одну потёр об магнит, соединил со второй. Иголки примагнитились друг к дружке.
Магнитное поле можно создать искусственно. Рядом с магнитом металлические предметы намагничиваются и сами становятся магнитами. Но свойство магнетизма возникает на время, а не навсегда.(Приложение 3).
3.1.4. Магнитная сила через предметы.
Магнит может поднимать стальные предметы по цепочке (один за другим).
План опыта:
1.Притягиваем на парте магнитом одну скрепку, затем вторую с помощью первой, затем третью с помощью второй и т.д.
2. Подвесил к магниту скрепку, к ней поднёс еще одну, и т. д. (монету).
Результат: Верхняя скрепка примагнитила нижнюю скрепку. У меня прикрепилось 5 штук, а на парте получилась цепочка из 7 штук. Если убрать магнит, то все скрепки распадутся.
По 10 руб. присоединила 4 шт., по 50 коп. – 5 шт., а по 10 коп – 6 монет.
Вывод: Магнит может поднимать стальные предметы по цепочке (один за другим).(Приложение 4).
3.1.5. Все ли магниты имеют одинаковую силу?
Магниты разной формы и разного размера поднимают различные по массе предметы.
Чем больше магнит, тем больше сила притяжения.
План опыта:1.Берем магниты и поочередно поднимаем предметы с разной массой (скрепки, ножницы, напильники).
2.Фиксируем результаты.
Результат:
Магниты разной формы и разного размера поднимают различные по массе предметы. Чем больше магнит, тем больше сила притяжения.
Форма, размер влияют на силу магнита. Подковообразные магниты сильнее, чем прямоугольные. У магнитов имеют одну форму, сильнее будет магнит большего размера.(Приложение 5).
3.1.6. Магнит имеет два полюса.
У каждого магнита есть «северный» и «южный» полюс. Если разломит на два кусочка, каждый кусочек опять будет иметь «северный» и «южный полюс».
План опыта:
1.Взять в руки два магнита и попробовать их соединить.
2. Поменять магниты так, чтобы их внешние стороны имели одинаковые полюса.
3. Поменять магниты так, чтобы их внешние стороны имели разные полюса.
Результат:
Магниты с одинаковыми полюсами оттолкнулись друг от друга в разные стороны (у меня даже побелели костяшки пальцев). Если взять два магнита и поднести их друг к другу, то они одним концом притягиваются, а другим - отталкиваются. Один конец называется южным (положительным) полюсом магнита и помечается знаком "+". Другой конец - северный (отрицательный) помечается знаком "-".
Вывод: одноименные полюса магнита отталкиваются, разноименные притягиваются.(Приложение 6).
3.1.7. Как увидеть магнитное поле.
У магнита есть магнитное поле. С помощью железной стружки мы получили рисунок силового поля магнита.
План опыта:
1.Взять капсулу с железной стружкой и поднести к ней магнит.
2. Положить магнит полностью под пятно с опилками.
Результат: Опилки "оживают". Они топорщатся, ощетиниваются, рисуют "морозные узоры". Когда положили магнит полностью под пятно с опилками. Все опилки расположились вокруг магнита по определенным линиям. Это и есть линии магнитного поля. Они идут от положительного полюса к отрицательному.
Вокруг магнита есть магнитное поле. (Приложение 7); (фото 7).
3.2. Опыт «Весёлый моторчик».
Берём батарейку (источник питания), неодимовый магнит (источник магнитного поля), кусок медной проволоки (наш ротор - это вращающая часть нашего механизма).
Для начала медную проволоку нужно согнуть в любую форму так, чтобы полученная фигурка обвивала батарейку у основания, а верхним контактом касалась плюсовой области батарейки. Скрепляем между собой два магнита и на них ставим батарейку минусовым контактом вниз. Надеваем причудливую фигурку из медной проволоки на магниты.
Магнит и медная проволока образуют контур, который рядом с батареей взаимодействуют и создают магнитное поле, заставляет проволоку вращаться.
(Приложение 8).
3.3. Изготовление магнитной батарейки.
Электромагнит – это специальное устройство, работа которого создаёт магнитное поле, при подаче на него электрического тока.
Для изготовления электромагнита нам понадобились: железный гвоздь, медная проволока и батарейка.
План опыта:
1. Взять гвоздь, проволоку, батарейку.
2. Намотать проволоку на гвоздь, соединить ее концы с батарейкой.
Результат: Я сделал электромагнит, своими руками, поднёс его к скрепкам, они притянулись. Он работает!
Электромагнит можно изготовить самостоятельно и он работает!(Приложение 9).
3.4. Изготовление фруктово-овощной батарейки.
Для этого нам понадобились: мандарины, медный провод, зажимы, железные гвозди, изолента, ножницы.(Приложение 10).
Если в любой фрукт или овощ вставить два электрода различных металлов, то за счет химических реакций, происходящих между соком и металлами, на электродах появится напряжение. Этот ток будет слишком малым, но если собрать батарейку из нескольких фруктов или овощей, то его будет достаточно, чтобы загорелась небольшая лампочка.
На обмотку электромагнита подаётся электрический сигнал из фруктово-овощной батарейки и загорается светодиодная лапочка.
Делаем вывод: наша фруктово-овощная батарейка работает!
(Приложение 11).
Для изготовления электромагнита нам понадобились: железный гвоздь, медная проволока и батарейка. Я решил батарейку заменить «своей» фруктово-овощной батарейкой.
Результат: Я сделал электромагнит с помощью фруктово-овощной батарейки, поднёс его к скрепкам. Несколько скрепок притянулись к электромагниту.
Электромагнит можно изготовить самостоятельно и он работает! (Приложение 12).
3.5. Изготовление декоративных магнитов. Игровые пазлы.
Я собрал свою коллекцию магнитов. И решил пополнить ее самодельными декоративными магнитами. Нам понадобились картон, краски, клей, ножницы, магнитики. (Приложение 13).
Мы ежедневно сталкиваемся с магнитами, а могут ли они стать материалом для детского творчества в школе? Магнит взаимодействует с металлическими предметами через лист картона. Это натолкнуло меня на то, что я могу сделать увлекательную и занимательную игру из декоративных магнитов – «Игровые пазлы», они будут примагничены к холодильнику и никогда не потеряются. (Приложение 14).
4. Вывод:
В ходе своей работы я узнал много нового и интересного. А также смог придать обычному гвоздю магнитные свойства и узнал, что магниты имеют свойства отталкиваться друг от друга, при этом снижая силу любого столкновения.
5. Список литературы.
1.Энциклопедия занимательных наук для детей: Физика/Л.Д. Вайткене. Москва:ИздательствоАСТ,2016-160с.;
2. Все для детей - http://allforchildren.ru/why/whatis37.php ;
3. Классная физика для любознательных - http://class- fizika.narod.ru/8_m4.htm ;
4. Вопросы как и почему - https://www.voprosy-kak-i-pochemu.ru/pochemu-magnitprityagivaet-ili-vse-o-magnitnyx-polyax/#i;
5. Термины: Что такое реле - http://bouw.ru/term/rele ;
6. Диаграмма: Бесплатная техническая библиотека для любителей и профессионалов - http://www.diagram.com.ua/tests/fizika /;
7. Я познаю мир: Дет. энцикл.: Физика/сост., художн. А.А. Леонович; Под общ. ред. О.Г. Хинн - М.: ООО «Издательство АСТ-ЛТД»,1998-480с.
ПРИЛОЖЕНИЯ
Фото 1,2
"Магнит"
Фото 3
"Магнит "
Фото 4, 5
" Земля – естественный магнит"
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1
"Через что может проходить магнитная сила?"
Приложение 2
"Через что магнит притягивает металлические предметы?"
Приложение 3
"Намагниченные предметы"
Приложение 4
"Магнитная сила через предметы"
Приложение 5
" Все ли магниты имеют одинаковую силу?"
Приложение 6
"Магнит имеет два полюса."
Фото 6
Приложение 7
"Как увидеть магнитное поле."
Фото 7ото 7
Приложение 8
«Веселый моторчик»
Приложение 9
"Изготовление магнитной батарейки"
Приложение 10
"Изготовление фруктово-овощной батарейки"
Приложение 11
" Фруктово-овощная батарейка"
Приложение 12
"Наш электромагнит работает"
Приложение 13
" Изготовление декоративных магнитов"
Приложение 14
" Игровые пазлы.
"Моя коллекция декоративных магнитов"