XXII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Зачем геологам магниты?

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Скузоватова О.С. 1

---

1МБОУ г. Иркутска СОШ № 19

Сергеева Е.П. 1

---

1МБОУ г. Иркутска СОШ № 19

Работа в формате PDF

2.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Известно, что человечество на протяжении всей своей истории изучало минералы и их свойства. В древности больше внимания уделялось камням, которые подходили для строительства, изготовления оружия и инструментов. Позже большее внимание стало уделяться физическим свойствам и химическому составу. В XV веке учение о камнях и минералах сформировалось, как самостоятельная наука – Минералогия.

Актуальность. Мои родители геологи. Меня всегда интересовала их работа. Даже в садике я собирала камни. В прошлом году минералогическом музее ДВГИ ДВО РАН я увидела, как с помощью магнита из песка отделяются темные минералы, а светлые остаются. Мне стало интересно, почему так происходит и для чего это важно.

Цель. Разделить минералы по степени магнитности.

Задачи.1. Изучить что такое магнитные свойства;

2. Изучить группы минералов по степени магнитности;

3. Найти способы разделения минералов;

4. Повести эксперимент по разделению минералов.

Гипотеза. Все ли минералы магнитятся и отличаются ли они по силе магнитности.

Методы: 1. Изучение литературы;

2. Консультация со специалистами;

3. Проведение эксперимента.

Глава 1. Магнит и магнитность

Всем нам известно, что магниты притягивают различные предметы. Почему это происходит? Какие предметы могут притягивать магниты?

Все материалы состоят из частиц. Эти частицы - это молекулы и атомы. Атомы состоят из электронов и протонов [2, 4]. Электроны перемещаются относительно атомных ядер и создают магнитную силу. Магнитный момент отдельной частицы слишком мал. Частицы в обычном материале перемещаются хаотично, поэтому малые магнитные моменты не суммируются. У магнитов не все электроны имеют пару, поэтому они перемещаются в одном направлении.

Магнит - это объект, который может притягивать и отталкивать предметы из железа и его сплавов. Магниты могут быть искусственными и естественными. Для производства магнитов используются технологии прессования и спекания различных магнитных порошков и сплавов в специально разработанных пресс-формах. Со временем люди научились изготавливать магниты искусственным путем и сделали их более мощными, чтобы использовать в промышленном производстве [2-4].

Искусственные магниты могут быть в любых формах: в виде диска, кольца, цилиндра, параллелепипеда, т. е. любой разумной геометрической фигуры (рис.1). Естественные магниты получают свои магнитные свойства от природы. К ним относятся куски руды и другие образцы, обладающие магнитными свойствами.

Сила, которой обладает магнит, называется магнетизм. Эта сила вызывается магнитными полями [2]. Магнитное поле - это невидимая глазу область вокруг магнита, внутри которой ощущается воздействие магнита на внешние объекты.

Магнитная сила - это сила, с которой предметы притягиваются к магниту. Магниты могут притягивать металлические предметы, но не оказывают влияния на неметаллические объекты [3].

а б в

Рисунок 1. Виды магнитов. а – кольцевые магниты; б – дуговой магнит; в – магнетитовая руда.

Глава 2. Магнитные свойства минералов

Минерал – природное тело, образующееся в результате геологических процессов, происходящих на поверхности или внутри Земли. Известно около 2200 минералов, а число их названий с разновидностями более 4000. Широко распространенных в природе минералов насчитывается около 450 видов

Магнитные свойства минералов – это способность минералов намагничиваться при помещении в магнитное поле. Магнитные свойства минералов зависят от природы слагающих их атомов. В зависимости от величины магнитной восприимчивости выделяют минералы: сильномагнитные (ферримагнетики и ферромагнетики), умеренно магнитные и слабомагнитные (парамагнетики и антиферромагнетики), немагнитные (диамагнетики). Магнитность минералов определяется с помощью свободно вращающейся магнитной стрелки, к концам которой подносится минерал, или измерением магнитной восприимчивости.

Сильно магнитные минералы обнаруживают магнитные свойства и в отсутствие внешнего магнитного поля. Они характеризуются высоким значением магнитной восприимчивости. Среди ферримагнитных минералов наиболее высокой намагниченностью обладает магнетит.

К умеренно магнитным минералам: самородное железо, также минералы, имеющие в своем составе элементы группы железа – железо, никель, кобальт. Эти минералы проявляют магнитные свойства в сильном магнитном поле (табл. 1).

К слабомагнитным минералам относятся некоторые сульфиды (пирит, халькопирит), минералы некоторых редкоземельных элементов (турмалин, монацит, ортит и др.) и др., имеют малую магнитную восприимчивость. Минералы-диамагнетики имеют отрицательную и очень малую магнитную восприимчивость. Наиболее сильно диамагнитные свойства проявляются у самородного висмута и графита, в меньшей степени у флюорита, кварца, самородного золота, серебра и др.). Большинство минералов диа- и парамагнитные; антиферромагнитных минералов значительно меньше.

Различие магнитных свойств минералов имеет важное значение. Магнитные характеристики минералов используются в геологии для изучения истории Земли, для поиска месторождений, в промышленности при обогащении руд.

Глава 3. Проведение эксперимента

Старший научный сотрудник из Института геохимии Сибирского отделения наук Тарасова Юлия Игоревна, которая много лет занимается изучением минералов рассказала мне, что для проведения минералогических исследований используются искусственные магниты с различными магнитными свойствами. Одним из таких инструментов является магнит Сочнева. С помощью этого магнита получается разделять минералы, которые с разными магнитными свойствами. Универсальный магнит А. Я. Сочнева марки С-5 (рис. 3) имеет четыре рабочие зоны (полюса) и позволяет разделять четыре магнитных фракции: сильномагнитную (магнетитовую), среднемагнитную (ильменитовую), слабомагнитную (гранат-вольфрамитовую) и очень слабомагнитную (монацитовую). Названия фракций даны по основным минералам в группе.

Рисунок 3. Ручной магнит А.Я. Сочнева. Полюсы: 1 – для выделения сильномагнитной фракции; 2 – для выделения среднемагнитной фракции; 3 - для выделения слабомагнитной фракции; 4 - для выделения очень слабомагнитной фракции.

Таблица 1.

Группы минералов по магнитным свойствам [1]

Мы взяли 2 пробы: одна из рудной зоны золоторудного месторождения, другая из вмещающих пород за пределами месторождения. Масса каждой пробы была 60 гр. Материал пробы представляет собой мелко издробленные камни. Кусочки камней размером меньше 2 мм. Эти камни мама привезла из полевой экспедиции, в которую ездила летом.

Я начала с пробы из вмещающих пород. Для того, чтобы разделить минералы, мы рассыпали их тонким слоем на бумаге (рис. 4).

Рисунок 4. Проба из вмещающих пород золоторудного месторождения, приготовленная для вытягивания магнитных минералов.

Сначала я обернула магнит в бумагу, чтобы легче было очищать его от намагниченных частиц. Далее я провела над бумагой стороной 1. К магниту притянулись самые сильномагнитные частички (рис. 5.).

Рисунок 5. Сильномагнитные минералы из пробы рудной зоны месторождения, притянувшиеся к магниту.

Эти частицы были более темного цвета. С равнение с немагнитными частицами показано на рисунке 6.

Рисунок 6. Сильно магнитные минералы (внизу) темнее немагнитных (наверху).

Листочек с намагниченными частицами я отделила от магнита и положила на весы и взвесила (рис. 7). Полученный вес я записала в таблицу, а мама помогла мне рассчитать долю этой фракции в общей пробе.

Рисунок 7. Взвешивание сильно магнитных минералов на лабораторных весах.

Далее я повернула магнит стороной 2 к пробе и повторила все действия. Для того, чтобы вытянуть еще менее магнитные минералы я использовала сторону 3, а потом сторону 4. С ними также повторила все действия. После этого я рассыпала пробу рудной зоны месторождения (рис. 8) и повторила все действия с магнитом и взвешиванием.

Рисунок 8. Проба из вмещающих пород золоторудного месторождения, приготовленная для вытягивания магнитных минералов.

Глава 4. Результаты эксперимента

Все результаты взвешивания я записала в таблицу. Мама помогла мне рассчитать долю каждой фракции в общей пробе. Результаты эксперимента представлены в приложении 1. Дальше мы сделали проверку. Изначальный вес каждой пробы был 60 гр. После того, как я разделила пробу из вмещающих пород на сильномагнитные, среднемагнитные, слабомагнитные и немагнитные минералы, у меня получился вес отдельных групп. Я сложила вес каждой группы и у меня получилось снова 60 гр. Сумма процентного содержания тоже совпала со 100 %. Значит я все сделала правильно. Позже я проверила свои расчеты и для пробы из рудной зоны месторождения. Значения совпали, значит я все сделала правильно и можно сравнивать результаты.

Мама помогла мне построить круговые диаграммы на которых показано, сколько сильномагнитных, среднемагнитных, слабомагнитных и немагнитных минералов в пробах из рудной зоны золоторудного месторождения и из вмещающих пород за пределами месторождения. Полученные результаты показаны на рисунке 9. На диаграммах наглядно видно, как отличается состав этих двух проб. В пробе из вмещающих пород сильномагнитных минералов меньше 2 процентов, а в пробе из рудной зоны 5 процентов. Тоже самое происходит и с другими группами магнитных минералов. Их сильно меньше во вмещающих породах по сравнению с рудной зоной. Зато доля немагнитных минералов увеличивается с половины в рудной зоне почти до трех четвертых в во вмещающих породах.

Рисунок 9. Минеральный состав проб из рудной зоны (А) и вмещающих пород (Б). Голубой –сильномагнитные, оранжевый – среднемагнитные, серый – слабомагнитные, желтый - очень слабомагнитные, синий – немагнитные.

После измерений мы сделали еще одну проверку того, как отобрали сильномагнитные минералы. В эту группу относятся пирротин, магнетит, титаномагнетит. Они такие сильные по своим магнитным свойствам, что могут повернуть стрелку компаса. В геологических маршрутах бывают такие случаи, когда стрелка компаса начинает крутиться, значит рядом находится большое количество этих минералов.

Для проверки я взяла компас. Посмотрела куда смотрят стрелки (рис. 10). Когда я поднесла к компасу пакетик с магнетитом, стрелка начала двигаться (рис. 11). Значит я отделила сильномагнитные минералы правильно.

Рисунок 10. Расположение стрелок компаса.

Рисунок 11. Расположение стрелок компаса рядом с магнетитом.

Заключение.

Полученные знания о магнитах и магнитных свойствах минералов, я проверила экспериментом. Гипотеза подтвердилась. Магнитными свойствами обладают не все минералы. Среди тех, которые магнитятся, существуют группы с разной степенью магнитности.

Моя работа является важной, потому что ребята ходят с родителями в походы. Зная о магнитных свойствах, они могут проверить магнитом камни. Найти себе красивые минералы, составить коллекцию или даже открыть месторождение. Так было открыто месторождение золота Школьное. Для этого результаты своих исследований я рассказала ребятам из класса. В библиотеке была выставка минералов из моей коллекции, где были представленные разные по своим магнитным свойствам минералы.

Осталось еще много интересных вопросов. Дальше я планирую разобраться с тем, почему минералы отличаются по цвету, весу и прозрачности. Еще мне интересно, отличается ли набор минералов на месторождениях золота, меди или железа. Для этого мы уже запланировали летом поездку на месторождение меди

Список использованных источников и литературы

1. Бетехтин А.Г. Курс минералогии : учебное пособие под ред. Б. И. Пирогова, Б. Б. Шкурского // 2-е изд., испр. и доп. — Москва: КДУ, 2010. — 736 с.

2. Котятова Н. И. Большая энциклопедия в картинках // РОСМЭН, 2022 – 224 с.

3. Спектор А.А, Тараканова М.В. Большая детская энциклопедия для самых любознательных. Я знаю всё! // Москва: Аванта, 2020. – 384 стр.

4. Скиба Т.В. Большая детская энциклопедия в вопросах и ответах // Москва: Владис, 2021. – 160 стр.

5. Скиба Т.В Энциклопедия для детей от 6 до 12 лет // Москва: Владис, 2020. – 160.

Приложение 1

Результаты эксперимента