Магнит. Удивительное рядом

XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Личный портфель

Магнит. Удивительное рядом

Кольба Р.Д. 1
1МАОУ СОШ № 66 имени Евгения Дороша город Краснодар
Радионова М.И. 1
1МАОУ СОШ № 66 имени Евгения Дороша город Краснодар
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Диплом школьникаСвидетельство руководителя
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Обоснование выбора темы.

Мне очень нравится узнавать новое. Недавно у меня появился магнит, с которым очень интересно играть, притягивать к нему разные предметы. Я заметил, что магнит действует не на все предметы одинаково, а почему это происходит, не знаю. Мне стало интересно узнать, какие тайны хранит в себе магнит. Так же мне захотелось выяснить, как люди используют магниты в своей жизни.

Гипотеза:

Предположим, что магнит обладает свойством притягивать другие предметы, действовать сквозь вещества, передавать свои свойства другим металлам и благодаря этому широко используется в жизни человека.

Цель работы: изучить свойства магнитов и возможности их использования в повседневной жизни людей.

Задачи:

  1. Выяснить, что такое магнитное поле Земли.

  2. Что такое магнит и какие бывают магниты.

  3. Провести опыты с видео-обзором и узнать какими свойствами обладает магнит.

  4. Где люди используют магниты в повседневной жизни.

Методика работы:

  1. Наблюдения

  2. Беседы со взрослыми

  3. Просмотр телепередач

  4. Опыты и эксперименты

  5. Измерение

  6. Сравнение

  7. Изучение литературы и информации из интернета.

Для исследования моей темы мне понадобились материалы: магниты разного размера и формы, металлические и не металлические предметы, стакан с водой, крупа, булавки, ключи, пуговицы пластмассовые и металлические, иголка, бумага, линейка.

  1. Теоретическая часть.

I.1. Магнитное поле Земли.

С древних времен известно, что магнитная стрелка компаса всегда устанавливается в данном месте Земли в определенном направлении. Этот факт означает, что вокруг Земли существует магнитное поле. Наша планета Земля –это естественный постоянный магнит. Ядро Земли является жидким и состоит из железа, в нем циркулируют круговые токи, которые и создают магнитное поле.Магнитное поле Земли – это область вокруг нашей планеты, где действуют магнитные силы. Вопрос о происхождении магнитного поля до сих пор окончательно не решен. Однако большинство исследователей сходятся в том, что наличием магнитного поля Земля хотя бы отчасти обязана своему ядру. Земное ядро состоит из твердой внутренней и жидкой наружной частей. Вращение Земли создает в жидком ядре постоянные течения. (Приложение 1) Движение электрических зарядов приводит к появлению вокруг них магнитного поля. Одна из самых распространенных теорий, объясняющих природу поля, - теория динамо-эффекта - предполагает, что конвективные или турбулентные движения проводящей жидкости в ядре способствуют самовозбуждению и поддержанию поля в стационарном состоянии. Землю можно рассматривать как магнитный диполь. Его южный полюс находится на географическом Северном полюсе, а северный, соответственно, на Южном. На самом деле, географический и магнитный полюса Земли не совпадают не только по «направлению». Ось магнитного поля наклонена по отношению к оси вращения Земли на 11,6 градуса. Из-за того, что разница не очень существенная, мы можем пользоваться компасом. Его стрелка точно указывает на южный магнитный полюс Земли и почти точно на Северный географический. Если бы компас был изобретен 720 тысяч лет назад, то он бы указывал и на географический и на магнитный северный полюс. Магнитное поле защищает жителей Земли и искусственные спутники от губительного воздействия космических частиц. К таким частицам относятся, например, ионизированные (заряженные) частицы солнечного ветра. Магнитное поле изменяет траекторию их движения, направляя частицы вдоль линий поля. Необходимость наличия магнитного поля для существования жизни сужает круг потенциально обитаемых планет (если мы исходим из предположения, что гипотетически возможные формы жизни похожи на земных обитателей). Ученые не исключают, что часть планет земного типа не имеют металлического ядра и, соответственно, лишены магнитного поля. До сих пор считалось, что планеты, состоящие из твердых скальных пород, как и Земля, содержат три основных слоя: твердую кору, вязкую мантию и твердое или расплавленное железное ядро. В своей работе ученые из Массачусетсткого технологического института предложили сразу два возможных механизма образования «скалистых» планет без ядра. Если теоретические выкладки исследователей подтвердятся наблюдениями, то формулу для расчета вероятности встретить во Вселенной гуманоидов или хотя бы что-то, напоминающее иллюстрации из учебника биологии, придется переписать. Земляне тоже могут лишиться своей магнитной защиты. Правда, точно сказать, когда это произойдет, геофизики пока не могут. Дело в том, что магнитные полюса Земли непостоянны. Периодически они меняются местами. Не так давно исследователи установили, что Земля «помнит» о смене полюсов. Анализ таких «воспоминаний» показал, что за последние 160 миллионов лет магнитные север и юг менялись местами около 100 раз. Последний раз это событие произошло около 720 тысяч лет назад. Смена полюсов сопровождается изменением конфигурации магнитного поля. Во время «переходного периода» на Землю проникает существенно больше космических частиц, опасных для живых организмов. Одна из гипотез, объясняющих исчезновение динозавров, утверждает, что гигантские рептилии вымерли именно во время очередной смены полюсов. Кроме «следов» плановых мероприятий по смене полюсов исследователи заметили в магнитном поле Земли опасные подвижки. Анализ данных о его состоянии за несколько лет показал, что в последние месяцы в нем начали происходить опасные изменения. Настолько резких «движений» поля ученые не регистрировали уже очень давно. Вызывающая беспокойства исследователей зона находится в южной части Атлантического океана. «Толщина» магнитного поля в этом районе не превышает трети от «нормальной». Исследователи давно обратили внимание на эту «прореху» в магнитном поле Земли. Собранные за 150 лет данные показывают, что за этот период поле здесь ослабло на десять процентов. На данный момент трудно сказать, чем это грозит человечеству. Одним из последствий ослабления напряженности поля может стать увеличение (пусть и незначительное) содержания кислорода в земной атмосфере. Связь между магнитным полем Земли и этим газом была установлена с помощью системы спутников Cluster – проекта Европейского космического агентства. Ученые выяснили, что магнитное поле ускоряет ионы кислорода и «выбрасывает» их в космическое пространство. Несмотря на то, что магнитное поле нельзя увидеть, обитатели Земли хорошо его чувствуют. Перелетные птицы, например, отыскивают дорогу, ориентируясь именно на него. Существует несколько гипотез, объясняющих, как именно они ощущают поле. Одна из последних предполагает, что птицы воспринимают магнитное поле визуально. Особые белки – криптохромы – в глазах перелетных птиц способны менять свое положение под воздействием магнитного поля. Авторы теории считают, что криптохромы могут выполнять роль компаса. Кроме птиц магнитное поле Земли вместо GPS используют морские черепахи. И, как показал анализ спутниковых фотографий, представленных в рамках проекта Google Earth, коровы. Изучив фотографии 8510 коров в 308 районах мира, ученые заключили, что эти животные предпочтительно ориентируют свои тела с севера на юг (или с юга на север). Причем «реперными точками» для коров служат не географические, а именно магнитные полюса Земли. Механизм восприятия коровами магнитного поля и причины именно такой реакции на него остаются неясными. Кроме перечисленных замечательных свойств магнитное поле способствует появлению полярных сияний. Они возникают в результате резких изменений поля, происходящих в удаленных регионах поля. Магнитное поле не обошли своим вниманием сторонники одной из «теорий заговора» – теории о лунной мистификации. Магнитное поле защищает нас от космических частиц. «Собранные» частицы скапливаются в определенных частях поля – так называемых радиационных поясах Ван Алена. Скептики, не верящие в реальность высадок на Луну, считают, что во время пролета сквозь радиационные пояса астронавты получили бы смертельную дозу радиации. Магнитное поле Земли - удивительное следствие законов физики, защитный щит, ориентир и создатель полярных сияний. Если бы не оно, жизнь на Земле, возможно, выглядела бы совсем иначе. В общем, если бы магнитного поля не было - его необходимо было бы придумать.

I.2. Строение и характеристики магнитного поля Земли.

На небольшом удалении от поверхности Земли, порядка трёх её радиусов, магнитные силовые линии имеют диполеподобное расположение. Эта область называется плазмосферой Земли. По мере удаления от поверхности Земли усиливается воздействие солнечного ветра: со стороны Солнца геомагнитное поле сжимается, а с противоположной, ночной стороны, оно вытягивается в длинный хвост.

Плазмосфера

Заметное влияние на магнитное поле на поверхности Земли оказывают токи в ионосфере. Эта область верхней атмосферы, простирающаяся от высот порядка 100 км и выше. Содержит большое количество ионов. Плазма удерживается магнитным полем Земли, но её состояние определяется взаимодействием магнитного поля Земли с солнечным ветром, чем и объясняется связь магнитных бурь на Земле с солнечными вспышками.

Параметры поля

Точки Земли, в которых напряжённость магнитного поля имеет вертикальное направление, называют магнитными полюсами. Таких точек на Земле две: северный магнитный полюс и южный магнитный полюс. Прямая, проходящая через магнитные полюсы, называется магнитной осью Земли. Окружность большого круга в плоскости, которая перпендикулярна к магнитной оси, называется магнитным экватором. Напряжённость магнитного поля в точках магнитного экватора имеет приблизительно горизонтальное направление. Для магнитного поля Земли характерны возмущения, называемые геомагнитными пульсациями вследствие возбуждения гидромагнитных волн в магнитосфере Земли; частотный диапазон пульсаций простирается от миллигерц до одного килогерца.

Магнитный меридиан

Магнитными меридианами называются проекции силовых линий магнитного поля Земли на её поверхность; сложные кривые, сходящиеся в северном и южном магнитных полюсах Земли. В последнее время получила развитие гипотеза, связывающая возникновение магнитного поля Земли с протеканием токов в жидком металлическом ядре. Подсчитано, что зона, в которой действует механизм «магнитное динамо», находится на расстоянии 0,25-0,3 радиуса Земли. Аналогичный механизм генерации поля может иметь место и на других планетах, в частности, в ядрах Юпитера и Сатурна (по некоторым предположениям, состоящих из жидкого металлического водорода). Магнитное поле – это своеобразный щит, оберегающий нас и весь окружающий мир. Не будь у Земли магнитного поля, защищающего её от солнечной радиации, наша планета превратилась бы в выжженную пустыню, а живые существа погибли бы все. Магнит – это тело, состоящее из миллиона частиц, которые обладают крохотной магнитной силой, способной притягивать железные и стальные предметы и отталкивать некоторые другие. Магниты бывают: естественные и искусственные.

I.3. Применение магнитов в жизни людей.

О магнитах люди узнали давно и стали использовать его свойства в своих целях. Магниты используются для удержания, разделения, контроля, транспортировки и поднятия различных объектов. Во всех отраслях жизни магнит – постоянный спутник. Благодаря своей способности притягивать предметы под водой, магниты используются при строительстве и ремонте подводных сооружений. Миллионы людей во всем мире используют положительное действие магнитотерапии. Магниты оказывают мягкое обезболивающее действие, лечат заболевания костей, уменьшают возбудимость нервной системы и снимают стресс, улучшают настроение. Лечебные магниты используются в виде пластырей, браслетов, обручей, клипсов. Магниты часто используют в игрушках. История магнитов. Весь мир, от гигантских туманностей до элементарных частиц, магнитен. Великое множество магнитных полей пересекаются во вселенной и на Земле в том числе. Магниты вокруг нас: электробритва и микрофон, магнитофон и компьютер, холодильник и банка с гвоздями… Сами мы – тоже магниты. Земля – гигантский голубой магнит. Солнце – жёлтый плазменный шар – ещё более грандиозный магнит. Галактики и туманности – непостижимые по размерам магниты. Магниты занимают важное место в развитии технической мысли человечества. Природные магниты – это кусочки магнитного железняка, магнетита. С древних времён было замечено его свойство «любить» железо. Первые упоминания о магнитах встречаются в Центральной Америке, Азии и Китае. О магнитах знали в Древней Греции и Древнем Риме. Слово «магнит» происходит от названия провинции Магнезия в Древней Греции. В этой провинции много магнита добывали из горы, в которую часто попадали молнии. Этим, кстати, славится и гора Магнитная на Урале. И состоит она почти целиком из магнетита. И в Азии, и в Европе магнитный камень использовали для ориентирования в роли компаса. Магнитная сила привлекала не только мореходов, но и строителей, мечтавших создать храм, где статуя могла бы парить в воздухе благодаря огромному магнитному своду. Люди использовали вначале природные постоянные магниты. Затем появились магниты рукотворные. Учёные заметили, что многие железные колонны, стоявшие вертикально, приобретали свойства магнитов. Тоже происходило и с гигантскими стальными корпусами кораблей, которые намагничивались за счёт магнитного поля Земли. Первые искусственные магниты получали путём натирания. При этом вещества, которые легко намагничивались, так же легко и размагничивались и наоборот. Их называли магнитомягкими и магнитожёсткими веществами (железо и сталь). Затем люди заметили, что, если добавить к железу вольфрам, свойства магнита улучшаются. Добавка кобальта ещё улучшила свойства искусственных магнитов. Затем появился сплав альнико (алюминий, никель, кобальт). Следующим стал сплав магнико (железо, кобальт, никель). Ещё более сильными стали оксидно-бариевые сплавы. Магнит стал незаменимым в повседневной жизни человека во всех её областях. Использование магнитов. Магниты используют для удержания предметов; разделения предметов; контроля над предметами; транспортировки предметов; поднятия предметов; преобразования электрической энергии в механическую энергию; преобразования механической энергии в электрическую энергию. При этом можно обнаружить сотни способов использования магнитов. Внутри жилища: наушники стереоколонки; телефонная трубка; электрический звонок; держатель дверцы холодильника; дисковод и жёсткий диск компьютера; аудиоаппаратура; видеоаппаратура; магнитная полоска на банковской карте; магнитные системы телевизора; вентиляторы; трансформаторы; магнитные замки. Внутри двигателей: двигатели для вращения CD и DVD дисков; двигатели для аудиоаппаратуры; двигатели для видеоаппаратуры; насос и таймер в посудомоечной машине; насос и таймер в стиральной машине; компрессор в холодильнике; электрическая зубная щётка; двигатель для вибратора в сотовом телефоне. В автомобиле: двигатель стартера и реле стартера; внутренний вентилятор двигателя; блокираторы двери; стеклоподъёмники; регулятор бокового зеркала; насос для очищающей жидкости; датчики скорости; генератор переменного тока. Магнетизм тесно связан с электричеством, поэтому чаще можно услышать электромагнетизм. Магнит - это тело, сделанное из определённого материала, которое создаёт магнитное поле и умеет притягивать другие тела. Магниты состоят из миллионов молекул, объединённых в группы, которые называют доменами. Если домены могут быть сориентированными в одном направлении, предмет будет намагничиваться. Если домены находятся в беспорядочном состоянии, их магнитные поля разнонаправлены, то эти материалы не будут намагничиваться. Каждый магнит имеет «северный» (N) и «южный» (S) полюс. Учёные условились, что линии магнитного поля выходят из «северного» конца магнита и входят в «южный» конец магнита. Если большой магнит разломить на два кусочка меньшего размера, каждый из кусочков будет иметь «северный» и «южный» полюса. Нет магнитов с одним полюсом. Основные виды магнитов. Постоянные (природные) магниты; временные магниты; электромагниты. Природные магниты. Природные магниты, называемые магнитной рудой, образуются, когда руда, содержащая железо или окиси железа, охлаждается и намагничивается за счёт земного магнетизма. Постоянные магниты обладают магнитным полем при отсутствии электрического тока, так как их домены постоянно ориентированы в одном направлении. Это железо. Временные магниты. Это магниты, которые действуют как постоянные магниты только тогда, когда находятся в сильном магнитном поле, и теряют свой магнетизм, когда магнитное поле исчезает. Это скрепки, гвозди. Электромагниты. Представляют собой металлический сердечник с индукционной катушкой, по которой проходит электрический ток. Это область вокруг магнита, внутри которой ощущается воздействие магнита на внешние предметы. Органы чувств человека не способны обнаружить магнитное поле. Однако вспомогательные устройства доказывают, что магнитное поле существует. (Приложение 2)

  1. Практическая часть. Опыты. Свойства магнита.

Опыт 1. От чего зависит магнитная сила?

1. Магнитная сила - это сила, с которой предметы притягиваются к магниту.

2. От чего зависит сила притяжения магнита?

Вывод: сила притяжения зависит от массы предмета. Чем тяжелее предмет, тем позже он притягивается на малом расстоянии. А чем легче предмет, тем быстрее он притягивается на большом расстоянии. Соответственно, чем больше магнит, тем больше сила притяжения. (Приложение 3)

Опыт 2. Через какую среду может действовать магнит?

Вывод: магнитная сила может проходить через вещества. (Приложение 4)

Опыт 3. Что притягивает магнит?

Вывод: из проведенного опыта видно, что магнит притянул только те предметы, которые содержат частицы железа это: иголка, ключ, болт, скрепки, линейка. Магнит не притягивает: пуговицу из пластмассы, пуговицу и ключ из другого металла. (Приложение 5)

Выводы

Проведя опыты, я узнал следующие свойства магнитов и сделал выводы:

  1. Магниты обладают способностью притягивать предметы, содержащие железо.

  2. Дерево, пластмасс, бумага, мел и предметы, не содержащие железо, не реагируют на магниты.

  3. Магнит имеет магнитное поле.

  4. Сила притяжения зависит от массы предмета. Разные магниты имеют разную силу, эта сила зависит от размера магнита.

  5. Магнит сохраняет свои свойства в воде, крупе, через бумагу и стекло.

  6. Два магнита могут притягиваться к друг другу и отталкиваться в зависимости от того, каким полюсом их подносить друг к другу.

Из своего исследования я сделал главный вывод:магниты и их свойства очень важны для нас, всего окружающего мира и ежедневно применяются в повседневной жизни!

Мне очень понравилось раскрывать тайны магнита. Я узнал много нового.

Люди привыкли использовать силу магнита, с ее помощью работают многие приборы, игрушки. Если вдруг магниты перестанут работать, то мы сразу же это почувствуем, поэтому у меня возник вопрос: может ли магнит потерять свою силу или она у него навсегда?

Чтобы ответить на этот вопрос я и дальше буду изучать магниты.

Список использованной литературы и источников.

    1. Гильберг В. «О магните, магнитных телах и о большом магните-Земля» М. : АН СССР, 1956-412С

    1. Интернет pecypcbi: www Google, ru
      www.yandex.ru

Приложение 1.

Приложение 2.

Приложение 3.

Приложение 4.

Магнитная сила может проходить через вещества

Через стекло Через воду Через крупу Через бумагу…

Приложение 5.

Что притягивает магнит?

  • Из проведенного опыта видно, что магнит притянул только те предметы, которые содержат частицы железа:

  • Это иголка

  • Ключ

  • Болт

  • Скрепки

  • Линейка

  • Магнит не притягивает: пуговицу из пластмасса, пуговицу и ключ из другого металла

Просмотров работы: 32