VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Удивительный магнит
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Научно-исследовательская работа
Естествознание
Удивительный магнит
Выполнила:
Жаркевич Александра Евгеньевна
учащаяся 5А класса
СОШ №52 г. Караганды
Руководитель:
Пашкова Ирина Ивановна
учитель естествознания
СОШ №52 г. Караганды
Оглавление
Введение……………………………………………………………………………...3
1 Общие сведения…………………………………………………………………....4
Магнит и история его появления…………………………………………….....4
Виды магнитов……………………………………………………………….…..4
Свойства магнита………………………………………………………………..5
Классификация материалов в зависимости от магнитных свойств…………..6
2 Экспериментальные исследования……………………………………………….7
2.1 Экспериментальные исследования притяжения парамагнитных и диамагнитных материалов…………………………………………………………..7
2.2 Исследование подводного магнетизма…………………………………...…….9
2.3 Исследование силы магнита………………………………………………….....9
2.4 Исследование движения при взаимодействии магнитов…………………….10
2.5 Исследование левитации магнита…………………………………………..…11
2.6 Оценка магнитного поля с помощью скрепок………………………………..12
2.7 Исследование влияния температуры на магнитные свойства…………….....13
Заключение …………………………………………………………………..……..14
Список использованных источников ……………………………………………..15
Введение
Актуальность:
Свойство магнита притягивать некоторые предметы и в наши дни не потеряло своей таинственности. Еще не родился и, наверное, не родится никогда человек, который мог бы сказать: «Я знаю о магните все!». Почему магнит притягивает? – этот вопрос всегда будет внушать необъяснимое волнение перед таинственностью природы и рождать жажду новых знаний и новых открытий. В связи с этим было принято решение глубже изучить удивительные свойства магнита.
Цель исследования: изучить свойства магнита и возможности использования его в быту.
Объект исследования: магнит.
Предмет исследования: свойства магнита.
Задачи исследования:
- изучить историю появления магнита, его виды и свойства;
- изучить классификацию материалов в зависимости от магнитных свойств;
- изучить притяжение материалов;
- изучить подводный магнетизм;
- изучить силу магнита;
- изучить движение при взаимодействии магнитов;
- изучить влияние температуры на магнитные свойства.
Гипотеза: магнит – это объект, который способен притягивать предметы и широко используется в жизни.
Методы исследования: литературный обзор,наблюдение, эксперимент, анализ, синтез.
1 Общие сведения
1.1 Магнит и история его появления
Магнит - тело, обладающее собственным магнитным полем.
Родиной появления магнита считается Греция. В Греции есть остров под названием Магнезия. Несколько веков назад пастухи здесь жаловались, что их деревянные туфли с гвоздями оставались на земле. Они не могли идти дальше. Собственно, на этом острове было много магнитных рудных месторождений. Этот камень стали называть «камнем Магнуса» или просто «магнитом», по названию местности, где добывали железную руду (холмы Магнезии в Малой Азии). Таким образом, за много веков до нашей эры было известно, что некоторые каменные породы обладают свойством притягивать куски железа. Об этом упоминал в 6 веке до нашей эры греческий физик и философ Фалес. Первое научное изучение свойств магнита было предпринято в 13 веке ученым Петром Перегрином. В 1269 году вышло его сочинение «Книга о магните», где он писал о многих фактах магнетизма: у магнита есть два полюса, которые ученый назвал северным и южным; невозможно отделить полюса друг от друга разламыванием. Перегрин писал и о двух видах взаимодействия полюсов — притяжении и отталкивании. К 12 - 13 векам нашей эры магнитные компасы уже использовались в навигации в Европе, в Китае и других странах мира [1].
1.2 Виды магнитов
Магниты подразделяются на:
- естественные;
- искусственные.
Естественным магнитом является руда железа, которая привлекает к ней небольшие куски железа, кобальта и никеля. Обычно это оксид железа с названием Fe3O4. Магнетит или магний - природный магнит.
Магнит, который искусственно создается искусственными магнитами. Примеры включают электромагнит, магнитную иглу, подковы и стержневые магниты и т. д.
Рисунок 1 – Искусственный магнит
Самый крупный известный естественный магнит имеет массу 13 кг, а поднять им можно 40 кг.
Искусственные магниты стали изготовлять в Англии XVIII веке.
Магниты бывают разной формы и размеров:
- кольцевой магнит;
- подковообразный магнит;
- полосовой магнит.
1.3 Свойства магнита
Магниты притягивают магнитные вещества, такие как сталь, кобальт, железо и т. д. Это свойство называется магнетизм.
Когда магнит стержня свободно подвешен, он указывает в направлении север-юг. Наконечник, который указывает на географический север, называется северным полюсом, а кончик, указывающий на географический юг, называется южным полюсом. Это также известно, как его свойство директивы.
Существует отталкивающая сила, когда северные полюса (или южные полюса) двух магнитов сближаются. Напротив, между северным полюсом одного и южным полюсом другого есть сила притяжения. Это говорит о том, что различные полюса притягиваются друг к другу, а одинаковые отталкиваются.
Мы не можем изолировать северный или южный полюс магнитов. Если магниты разбиты на две половины, мы получим два аналогичных магнитных бруска с более слабыми свойствами. В отличие от электрических зарядов, изолированные магнитные северные и южные полюса, известны как магнитные монополи, не существуют.
1.4 Классификация материалов в зависимости от магнитных свойств
По отношению к магнитному полю все материалы делятся на три группы: диамагнитные и парамагнитные.
Вещества, для которых магнитная восприимчивость является отрицательной (например, медь и серебро), классифицируются как диамагнитные.
Металлы щелочных, щелочноземельных элементов (например, железо и кобальт), хорошо проводят силовые линии магнитного поля, обладают положительной магнитной восприимчивостью. Они являются парамагнитными.
2 Экспериментальные исследования
2.1 Исследование притяжения парамагнитных и диамагнитных материалов
Используемые материалы: Для эксперимента были взяты следующие материалы:
- медь - Cu (а);
- латунь – Cu-Zn (б);
- свинец – Pb (в);
- алюминий – Al (г);
- нихром – Ni-Cr (д);
- «победит» - W - Co (е);
- нержавеющая сталь – (ж);
- титан – Ti (з);
- серебро - Ag (и);
- золото – Au (к);
- углеродистая сталь (л);
- железо – Fe (м).
Ход эксперимента: По очереди подносили магнит к выбранным материалам (рисунок 1).
Результат: В результате эксперимента эти материалы были разбиты на 2 группы парамагнитных и диамагнитных материалов по признаку притягиваемости к магниту.
Материалы разделены на три группы:
- диамагнитные (медь, латунь, свинец, алюминий, нихром, «победит», нержавеющая сталь, титан, серебро, золото);
- парамагнитные (углеродистая сталь, железо).
а) б) в)
г) д) е)
ж) з) и)
к) л) м)
Рисунок 1 – Результаты экспериментов по притяжению металлов
Вывод: Материалы на основе железа притягивают магнит, остальные отталкивают.
2.2 Исследование подводного магнетизма
Используемые материалы: пластиковая емкость с водой, магнит, шуруп, скрепка.
Ход эксперимента: В емкость с водой бросили скрепку. Прислонили магнит к емкости на уровне скрепки. После того как она приблизится к стенке емкости, медленно двигали магнит по стенке вверх.
Рисунок 2 – Ход эксперимента по подводному магнетизму
Результат: Шурут и скрепка следуют за движением магнита и поднимаются вверх до тех пор, пока не приблизятся к поверхности воды и затем следуют за движением магнита.
Вывод: магнитная сила действует сквозь пластик и воду.
2.3 Исследование силы магнита
Используемые материалы: магниты различной формы и массы.
Металлические предметы – скрепки, стружка, винты.
Ход эксперимента: Рассыпали скрепки на столе, положили на них магнит, а потом его подняли. Повторили эксперимент со стружкой и винтами.
Рисунок 3 – Ход эксперимента по исследованию силы магнита
Результат: Самые сильные магнитные свойства имеют края магнита, а самые слабые – серединка.
Вывод: Форма и размер магнита влияют на его силу.
Круглые магниты сильнее полукруглых. Чем больше масса магнита, тем больше его сила притягивания.
2.4 Исследование движения при взаимодействии магнитов
Используемые материалы: машинка Lego, 2 магнита.
Ход эксперимента: Один магнит положили в машину, второй выставили напротив на расстоянии 3 см с учетом полюсов. Машина ехала вперед, если полюса двух магнитов были разные и отъезжала назад, если полюса совпадали.
Рисунок 4 - Ход эксперимента по исследованию движения из-за магнитов
Вывод: Разноименные магнитные полюсы притягиваются, магнитные полюсы одноименные отталкиваются. Взаимодействие магнитов возможно благодаря магнитному полю.
2.5 Исследование левитации магнита
Используемые материалы: два магнита круглой формы различные по массе. Первый магнит в 5 раз больше, чем второй. Первый магнит охвачен изолирующей скобой.
Ход эксперимента: Установили два магнита друг на против друга.
Рисунок 5 – Движение магнита
Результат: На расстоянии 1,5 см меньший магнит стоял на ребре, производя 120 колебаний (вверх-вниз) за 1 минуту.
Вывод: Магнит способен к левитации.
2.6 Оценка магнитного поля с помощью скрепок
Используемые материалы: магнит, скрепки, изолента.
Ход эксперимента: К концу магнита по очереди цеплялись скрепки до тех пока, не происходил отрыв последней скрепки. Такой же эксперимент повторялся с наклеенной изолентой на конец магнита в один слой, два слоя и три слоя.
а) б) в) г)
Рисунок 6 – Ход эксперимента по оценке магнитного поля
Результат: Установлено, что:
- магнит без изоленты – 3 скрепки;
- магнит с 1 слоем изоленты – 3 скрепки;
- магнит с 2 слоями изоленты – 4 скрепки;
- магнит с 3 слоями изоленты – 5 скрепок.
Вывод: Из-за магнитного поля, предметы способны удерживать друг друга. При увеличении слоев изоленты, увеличивается цепочка. Однако после 5 скрепок происходит обрыв с магнитом весом 200 гр.
2.7 Исследование влияния температуры на магнитные свойства
Используемые материалы: магнит, игла, нить, державка, спичка.
Ход эксперимента: На некотором расстоянии от магнита была закреплена нить с подвешенной иглой. Игла, притягивающаяся к магниту, натянула нить и висела в воздухе горизонтально на расстоянии 5 миллиметров. Затем к концу иглы была поднесена горящая спичка.
Рисунок 7 – Ход эксперимента по исследованию влияния температуры
Результат: Через40с нагревшаясяигла упала.
Вывод: Нагревание ослабляет магнитные свойства.
Заключение
В ходе выполнения работы было установлено:
- магнит притягивает парамагнитные материалы;
- магнитная сила действует сквозь пластик и воду;
- разноименные магнитные полюса притягиваются, магнитные полюса одноименные отталкиваются;
- парамагнитные материалы удерживаются в магнитном поле;
- парамагнитными материалы способны к левитации в магнитном поле;
- нагревание ослабляет магнитные свойства
Все эти аспекты позволяют широко использовать свойства магнитов в повседневной жизни людей.
Благодаря свойству магнитов воздействовать на предметы на расстоянии и через растворы, их используют в химических лабораториях, где нужно перемешивать стерильные вещества в больших количествах. Также магнит использую в медицинских лабораториях в специальном оборудовании для проведения магниторезонансной томографии.
Благодаря своей способности притягивать предметы под водой магниты используются при строительстве и ремонте подводных сооружений.
Магниты используются при создании специальных ковриков, которые позволяют удерживать под рукой инструменты при ремонте машин, при прокладывании и закреплении кабелей.
Ещё магниты используются в системах «открыть-закрыть», т.е. в дверях/воротах - например, в ключах для домофонных систем.
Также магнит используется в предметах декора, таких как магнитные картинки на холодильник и декор типа «вечный двигатель».
В результате проведённого исследования мы подтвердили выдвинутую гипотезу, что магнит – это объект, который способен притягивать предметы и широко используется в жизни.
Список использованных источников
Большая книга экспериментов для школьников /Под ред. Антонеллы Мейяни; Пер. с ит. Э.И. Мотылевой. – М.: ЗАО «РОСМЭН-ПРЕСС», 2006. – 260 с.
Проневский А. удивительные опыты с электричеством и магнитами. - М: Эксмо, 2015. – 35 с.
Зуев П.В. Простые опыты по физике в школе и дома. Методическое пособие для учителей. – М: Флинта, 2017. – 284 с.
Я познаю мир: Физика: Дет. Энцик./ Авт.-сост. А.П. Савин и др. – М.: ООО «Издательство АСТ», 2004. – 314 с.
15