Название работы

II.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Магнитное поле и полюса

Магнитное поле – это особый вид материи. Оно не воспринимается органами чувств, но его можно обнаружить с помощью приборов: магнитной стрелки, магнитов. С помощью железных опилок можно получить представление о виде магнитного поля.

Французский ученый Ампер в 1825 объяснял намагниченность железа и стали существованием электрических токов, которые циркулируют внутри вещества.

Эту гипотезу подтвердил в 1905 г Ланжевен: объяснил поведение этих материалов, приписав каждому атому внутренний нескомпенсированный электронный ток. Согласно Ланжевену, именно эти токи образуют крошечные магниты, хаотически ориентированные, когда внешнее поле отсутствует, но приобретающие упорядоченную ориентацию после его приложения.

Те места, где обнаруживаются наиболее сильные магнитные действия, называют полюсами магнита. У всякого магнита обязательно есть два полюса: северный(N) и южный (S). Разноименные полюса притягиваются, а одноименные отталкиваются.

2. Вектор магнитной индукции

Магнитное поле характеризуется векторной величиной, которая обозначается символом и называется индукцией магнитного поля.

За положительное направление вектора принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле. Таким образом, исследуя магнитное поле, создаваемое током или постоянным магнитом, с помощью маленькой магнитной стрелки, можно в каждой точке пространства определить направление вектора. Такое исследование позволяет представить пространственную структуру магнитного поля.

Магнитная индукция – это векторная физическая величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля в точке. Она равна отношению силы, действующих на рамку с током, помещенную в однородное поле, к произведению силы тока в рамке на ее площадь.

За единицу магнитной индукции в системе СИ принята тесла (Тл), равная индукции однородного магнитного поля, действующего с силой 1 Н на каждый метр длины прямолинейного проводника с током 1 А, если проводник расположен перпендикулярно направлению поля.

Итак, для того, чтобы охарактеризовать магнитное поле в данной точке, надо знать направление и значение вектора магнитной индукции.

3. Виды, состав постоянных магнитов.

Постоянные магниты могут быть сделаны в виде любых форм. Они могут быть сделаны в виде диска, кольца, цилиндра, сегмента, параллелепипеда (полосовой), подковы (дугообразный), т. е. в виде любой геометрической фигуры. Для производства магнитов используются технологии прессования и спекания различных магнитных порошков и сплавов в специально разработанных пресс-формах.

Постоянные магниты – это металлы группы железа (Fe, Ni, Co); из них изготовляют различные металлические и диэлектрические оксиды (соединения Fe и других металлов с кислородом, называемые ферритами) магнитные материалы. Задача физики магнетизма – разработать пути дальнейшего изыскания новых магнитных материалов и усовершенствование уже применяемых. Однако эту задачу невозможно решить на основе использования только металлов группы железа.

В 60-е годы наметилась тенденция создания магнитных материалов на основе металлов, входящих в группу лантаноидов: Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Sm, Eu и других, обычно называемых редкоземельными.

Редкоземельными они называются потому, что рассеяны в земной коре и нужна специальная технология извлечения их из породы. В результате проведенных исследовательских работ за рубежом и в нашей стране были найдены редкоземельные материалы, обладающие огромной магнитной энергией, пригодные для изготовления очень мощных постоянных магнитов, сплавов и соединений, имеющих высокие (“гигантские”) магнитострикции, т.е. изменяющие свои размеры при намагничивании (от латин. strictio– сжатие, натягивание) и др. Все эти материалы представляют большой интерес для современной техники.

Для производства постоянных магнитов используются четыре основных класса материалов:

1. 
   неодим-железо-бор (Nd-Fe-B, NdFeB, NIB);
   
2. 
   самарий-кобальт (SmCo);
   
3. 
   альнико (Alnico);
   
4. 
   керамические (ферриты).
   

III.Экспериментальная часть

1. Исследование магнитного поля постоянных магнитов.

Проведем эксперимент подтверждающий существование магнитного поля создаваемого полосовым магнитом. На лист картона выложим железные опилки и поднеся к дугообразному магниту, наблюдаем следующее их распределение по листу.

Рис. 1

На рисунке 1 схематично принято изображать магнитное поле в виде линий – магнитных линий. Из опыта мы видим, что линии магнитного поля – замкнуты и имеют форму круга. Магнитные линии внутри магнита – это прямые линии.

Рисунки 2 и 3 фактически отличаются взаимным расположением магнитов, а визуально расположением магнитных линий. Делаем вывод: линии соединяются от разноименных полюсов, расходятся от одноименных полюсов.

Рис. 2 Рис. 3

Поставим два магнита одноименными полюсами близко друг к другу(Рис. 4). По картине магнитных линий можно судить о том, что магнитное поле двух магнитов такое же, как и у одного (Рис. 1). Но нельзя сделать вывод о том, что поле усилилось.

Рис.4

Расположим два магнита рядом друг другу разноименными полюсами

Рис.5

Такое магнитное поле на расстоянии 2–3 см ослабевает: железные опилки расположены хаотично, поэтому четкой картины мы не наблюдаем. Можно сказать, что магнитное поле одного магнита компенсирует магнитное поле другого.

Изучим магнитное поле кольцевых магнитов (Рис. 6 и 7). По картине видно, что у таких магнитов не два, а несколько (16 у первого, 8 у второго) полюсов.

Рис. 6 Рис. 7

2. Исследование силы магнита.

Мы знаем из жизненного опыта, что магнитное поле тем слабее, чем дальше мы от него находимся. Изучим подробнее, какова зависимость расстояния от индукции магнитного поля.

1 опыт. Для этого нам понадобится полосой магнит, линейка, датчик магнитного поля и компьютерный измерительный блок. Он входит в систему учебного оборудования лаборатории L-micro и предназначен для преобразования сигналов, поступающих от датчиков, в цифровой код, который далее обрабатывается в компьютере. Блок подключается к USB порту персонального компьютера и на экране монитора регистрируются результаты измерений в виде графиков и таблиц.

Комплект L–micro Датчик магнитного поля Электронный термометр

Двигаем магнит относительно датчика и записываем значение расстояния и магнитной индукции. Все результаты представлены в виде графика. По оси ординат – вектор магнитной индукции в мТл, а по оси абсцисс – расстояние в см.

Видна обратная пропорциональность магнитной индукции от расстояния, т.е. это зависимость.

Также из графика видно, что магнитное поле усиливается, если поставить два магнита рядом друг к другу одноименными полюсами, и почти исчезает, если рядом поставить разноименными полюсами.
График зависимости магнитной индукции от расстояния

2 опыт. Что может еще повлиять на силу магнита? Для исследования этого вопроса мы один магнит сначала нагрели, а другой охлаждали. Нам понадобилось: полосовой магнит, датчик магнитного поля, стальной груз, электронный термометр, спиртовка.

Магнит прикрепим на штатив, с одной стороны магнита поднесем датчик и электронный термометр, а с другой – стальной груз. При нагревании магнита от 25 до 90С индукция магнитного поля уменьшается на 3 мТл, гвозди и стальной груз отпадают.

Рис.8 Изучение зависимости магнитной индукции от температуры

Вывод: при нагреве магнит теряет свои свойства притягивать.

3 опыт. Другой магнит был охлажден при помощи кусочков льда. Индукция магнитного поля увеличилась, хотя и незначительно, но на 1 мТл.

Вывод: при охлаждении магнит усиливает свои свойства.

4 опыт. Рассмотрим, какие вещества влияют на магнитное поле. Для исследования мы взяли полосовой магнит, датчик поля, и различные вещества: бумага, дерево, стальной груз, катушка с медью, пластмасс и др. Оказалось, что сталь усиливает поле, что отобразилось на мониторе компьютера (рис 9)

Рис.9. Когда поднесли сталь.

Для остальных веществ характерна картина на рис. 10.

Рис. 10.

IV. Заключение

Процесс исследования магнитов это интересное и увлекательное занятие. Работа по исследованию сделала меня очень внимательным и наблюдательным. Я убедился в том, что в учебнике скрывается так много важного, и существуют очень много нераскрытых мною тайн. Это исследование расширило мой кругозор, приобщило к науке, позволило удивляться.

«...Альберт Эйнштейн на всю жизнь запомнил тот день, когда ему, четырехлетнему ребенку, подарили новую игрушку – компас. На всю жизнь сохранил он детскую удивленность чудесными свойствами магнита, теми самыми свойствами, которые тысячи лет назад волновали наших предков.

Вряд ли когда-нибудь найдется человек, который возьмет на себя смелость утверждать: "Я постиг загадку магнита!" Однако ученые, познавшие удивительно небольшую толику тайны, смогли создать устройства, способные соперничать с самыми сильными магнитами, созданными природой».¹

Литература.

1. 
   Перышкин А.В. Физика. 8 кл.: учеб. для общеобразовательных учреждений.– М.: Дрофа, 2008. – 192 с.
   
2. 
   Перышкин А.В. Гутник Е. М. Физика: Учеб. для 9 кл. общеобразоват. учреждений – 13-е изд., доработ.– М.:Дрофа. 2008
   
3. 
   Плетнев С.В. Магнитное поле, свойства, применение– СПб.: Гуманистика, 2004. – 624 с.
   
4. 
   http://www.ndfeb.ru/articles/perm_mag.htm перспективные материалы.
   

1 Плетнев С. В. Магнитное поле, свойства, применение.– Спб.: Гуманистика, 2004.–624с.

жүктеу/скачать 86.3 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: