VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Волшебный магнит
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Однажды в магазине я увидел головоломку под названием Неокуб, он меня очень заинтересовал. Неокуб (рис.1) игрушка-конструктор, состоящая обычно из 216 одинаковых шарообразных неодимовых магнитов (сплав неодима, железа и бора). Эта конструкция держится только за счёт магнитного поля.
Я стал задумываться, всё ли притягивает магнит? Всегда ли магнит сохраняет свою волшебную силу притяжения? Можно ли намагнитить предмет?
Цель: исследовать свойства магнита.
Задача: выяснить, какие предметы и как притягивает магнит.
Объект исследования: магнит.
Предмет: магниты, их свойства.
Метод:
- Изучение познавательной литературы по выбранной теме
- Наблюдение
- Проведение исследовательского эксперимента.
- Отбор фотографий и материалов по теме.
Гипотеза: магнит притягивает все металлические предметы.
Глава 1. Магнит
Магнит - это тело, обладающее магнитным полем. В природе магниты встречаются в виде кусков камня - магнитного железняка (магнетита). Он может притягивать к себе другие такие же камни. На многих языках мира слово "магнит" значит просто "любящий" – так сказано о его способности притягивать к себе.
Существует старинная легенда. В давние времена на горе Ида пастух по имени Магнис пас овец. Он заметил, что его сандалии, подбитые железом, и деревянная палка с железным наконечником липнут к черным камням, которые в изобилии валялись под ногами. Пастух перевернул палку наконечником вверх и убедился, что дерево не притягивается странными камнями. Снял сандалии и увидел, что босые ноги тоже не притягиваются. Магнис понял, что эти странные черные камни не признают никаких других материалов, кроме железа. Пастух захватил несколько таких камней домой и поразил этим своих соседей. От имени пастуха и появилось название «магнит».
На самом деле, более двух тысяч лет тому назад древние греки узнали о существовании магнетита – минерала, который в состоянии притягивать железо. Магнетит обязан своим названием древнему турецкому городу Магнесия, где этот минерал нашли древние греки. Сейчас этот город называется Маниза, и там до сих пор встречаются магнитные камни. Кусочки найденных камней называют магнитами или природными (естественными) магнитами. Со временем люди научились сами изготавливать магниты, намагничивая куски железа.
Свойства магнита
Свойства постоянных магнитов были впервые изучены английским врачом Уильмом Гильбертом (1544-1603). В своей книге "О магните, магнитных телах и огромном магните - Земле", изданной в 1600 г., Гильберт описал следующие свойства магнитов:
1 Различные места магнита имеют разную силу притяжения, на концах - полюсах магнита - сила притяжения самая большая.
2. У всякого магнита есть два полюса - северный и южный, которые различаются по своим свойствам.
3. Разноименные полюсы притягиваются друг к другу, а одноименные - отталкиваются.
4. Полюсы магнита, горизонтально подвешенного на нити, указывают на север и юг.
5. Магнит с одним полюсом получить невозможно.
6. Земной шар является огромным магнитом.
7. При сильном нагревании как природные, так и искусственные магниты теряют
свои магнитные свойства.
8. Магниты воздействуют через стекло, кожу и воду.
Компас
Компас (Рис.2) - устройство, облегчающее ориентирование на местности путём указания на магнитные полюса Земли и стороны света.
Предположительно компас был изобретен в Китае во времена династии Сун, такой прибор позволял караванам безошибочно ориентироваться в пустынях. Первый магнитный компас был довольно простым: магнитная стрелка, прикрепленная к пробке и опущенная в сосуд с водой. Магнитный компас стали активно использовать в мореходстве, именно это изобретение открыло судам, до этого далеко не отходившим от берега, выход в открытое море. Несмотря на появление множества других навигационных приборов, магнитный компас и его электромагнитный аналог, благодаря своей простоте и надёжности остаются, актуальны и по сей день.
Принцип действия основан на взаимодействии поля постоянных магнитов компаса с горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Свободно вращающаяся магнитная стрелка поворачивается вокруг оси, располагаясь вдоль силовых линий магнитного поля. Таким образом, стрелка всегда параллельна направлению линии магнитного поля.
Магнитный компас начинает давать неверные значения вблизи магнитов (в частности, вблизи другого компаса), и ферромагнитных (в частности, железных, стальных) предметов. А так же точность магнитных компасов уменьшается по мере приближения к магнитным полюсам Земли.
Земля – большой магнит
Земля — это намагниченное тело, вокруг которого образуется магнитное поле. Учёные полагают, что причиной его служат токи, возникающие при вращении вещества ядра Земли. Благодаря магнитному полю, Земля защищается от потоков частиц, летящих к ней из Космоса, так называемого солнечного ветра. Частицы не падают прямо на нашу планету, грозя всему живому, а «обтекают» нашу планету со всех сторон.
Земля - намагниченное тело с двумя полюсами. Можно попробовать вокруг глобуса создать такое магнитное поле, если внутрь поместить намагниченный брусок. Вначале его надо разместить вдоль оси вращения Земли. Половина бруска в северном полушарии, другая в южном.
Южный магнитный полюс надо направить к северному географическому полюсу. Тогда северный магнитный полюс бруска будет совпадать с южным географическим полюсом.
После этого надо брусок отклонить от оси вращения Земли на 11°. Надо отклонить его так, чтобы он своим южным магнитным полюсом упирался в город Туле (Гренландия). Тогда магнитное поле бруска, будет похоже на магнитное поле Земли (Рис.3).
Глава 2. Использование магнитов
Магниты применяются в нашей жизни повсеместно:
Кредитные карты — все эти карточки имеют магнитную полосу на одной стороне. Эта полоса кодирует информацию, необходимую для соединения с финансовым учреждением и связи с их счетами.
Громкоговорители и микрофоны: большинство громкоговорителей используют постоянный магнит и токовую катушку для преобразования электрической энергии (сигнала) в механическую энергию (движение, которое создает звук)
Магниты часто используются в детских игрушках с забавными эффектами.
Магниты могут использоваться для производства ювелирных изделий. Ожерелья и браслеты могут иметь магнитную застёжку, или могут быть изготовлены полностью из серии связанных магнитов и чёрных бусин.
Магниты встречаются в сумках в виде вставленной внутрь закрывающей сумку кнопки намагниченной железной пластины; магниты также вшивают внутрь верхней одежды для закрывания клапана одежды элегантной, невидимой глазу застёжкой.
Магниты могут поднимать магнитные предметы (железные гвозди, скобы, кнопки, скрепки), которые либо являются слишком мелкими, либо их трудно достать или они слишком тонкие чтобы держать их пальцами. Некоторые отвёртки специально намагничиваются для этой цели.
Поезд на магнитном подвесе, движимый и управляемый магнитными силами. Такой состав, в отличие от традиционных поездов, в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью движения существует зазор, трение исключается, и единственной тормозящей силой является лишь сила аэродинамического сопротивления
Медицина: МРТ - представляет собой магнитное устройство визуализации внутренних органов и тканей.
Глава 3. Опыты с магнитами
Опыт 1: Магнит и гвоздь расположили с разных сторон тонкой брошюры.
Вывод: магнит взаимодействует с металлическими предметами через бумагу и картон (Рис.4)
Опыт 2: В стакан с водой бросаем гвоздь. Прислоняем магнит к стакану на уровне гвоздя. После того как он приблизится к стенке стакана, медленно двигаем магнит по стенке вверх.
Вывод: магнит действует через воду и стекло (Рис.5,6)
Опыт 3: На разделочную доску положили гвоздь, с низу поднесли магнит. Установили доску вертикально, магнит не упал, он следовал за перемещаемым магнитом.
Вывод: Магнит может действовать через дерево (Рис.7,8)
Опыт 4: Возьмем обычные спички и магнит. Так как спички деревянные, они не притягиваются магнитом. Но после того как спичка немного прогорела она стала притягиваться магнитом.
Вывод: Железный сурик Fe2O3, содержащийся в головке, при сгорании образует другой оксид железа – магнетит Fe2O4. Именно магнетит и притягивается к магниту, а еще и тянет за собой остаток деревянной соломки (Рис.9,10)
Опыт 5: Подготовил несколько металлических предметов. Цель: выяснить все ли металлы притягиваются магнитом.
Вывод: Некоторые металлические предметы притягиваются к магниту, а некоторые не испытывают его притяжения. Магнит притягивает такие металлы как железо, сталь и никель. Другие металлы, например, алюминий, золото, серебро, медь магнит не притягивает. Дерево, резина, бумага, ткань так же не реагируют на магнит (Рис.11, 12, 13, 14)
Опыт 6: Магнитное поле. Для опыта понадобились мелкие гвозди, магнит и стаканчик. Поместили все гвозди в стакан, перевернули на подставку, под которой расположили магнит. Сняли стакан. Намагнитившись гвозди остались в форме стакана.
Вывод: Касание конца магнита к металлическому гвоздю приводит к возникновению у каждого гвоздя северного и южного полюса. Эти полюса ориентируются в том же направлении, что и у магнита. Каждый гвоздь стал магнитом. Тоже самое происходит и с монетами (Рис.15, 16, 17, 18)
Опыт 7: Из медной проволоки сделали каркасы разной формы. К отрицательной стороне батарейки присоединили магниты. На плюсовую сторону поместили каркас, который под воздействием батарейки и магнита стал сильно раскручиваться.
Вывод: Батарейка служит источником питания. Магнит — это и источник постоянного магнитного поля. Благодаря их взаимодействию получается электромагнитный двигатель (Рис.19, 20, 21, 22)
Выводы
Целью моей исследовательской работы стало изучение магнита и его свойств. Мною была выдвинута гипотеза, что магнит притягивает все металлические предметы. Она не подтвердилась, так как опытным путем я выявил что металлы делятся на:
Диамагнетики (из металлов это золото, цинк, медь, висмут и другие) - имеют отрицательную магнитную восприимчивость. Они не намагничиваются в магнитном поле.
Парамагнетики (алюминий, магний, платина, хром и другие) - имеют положительную, но малую магнитную восприимчивость.
Ферромагнетики (железо, никель, кобальт, некоторые редкоземельные металлы и множество разных сплавов) - класс веществ с самой сильной магнитной восприимчивостью.
Заключение
Это невероятно интересная и познавательная работа. После проделанных исследований я могу с уверенностью утверждать, что магнит взаимодействует с металлическими предметами (деталями металлического конструктора, гвоздиками, скрепками, шурупами, болтиками, гайками) через воду, песок и картон. Со всеми остальными предметами, которые имеют другие качества (дерево, резина, стекло, бумага, пластмасса, камни, тканевый материал, магнит не взаимодействует, то есть не притягивает к себе.
Свойства магнитов используются в технике и в быту. Магнитами поднимают тяжелые грузы на заводах, магнитные приборы используют в больницах для лечения и диагностики, магниты помогают людям ориентироваться в пространстве, с помощью магнитов делается слышимым звук в телефонной трубке и динамике магнитофона и телевизора, информацию в компьютере и на пластиковые карточки записывают при помощи намагничивания.
Список использованной литературы
Энциклопедия магнетизмаhttp://www.valtar.ru/index.htm
Википедия https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82
Большая книга экспериментов для школьников. М., 2006.
Сто научных экспериментов. М., 2007.
Приложение
Рис.1
Рис.2
Рис.3
Рис.4
Рис.5
Рис.6
Рис.7
Рис.8
Рис.9
Рис.10
Рис.11
Рис.12
Рис. 13
Рис.14
Рис. 15
Рис.16
Рис.17
Рис.18
Рис. 19
Рис.20
Рис.21
Рис.22