Введение. Магнетизм
Природные магниты, попросту говоря, кусочки магнитного железняка — магнетита (химический состав: 31 % железа и 69 % кислорода) не везде назывались магнитами. В разных странах магнит называли по-разному, но большая часть всех этих названий переводится как «любящий». Так поэтичным языком древних описано свойство кусков магнита — притягивать железо.
«Любящий камень» — такое поэтическое название дали китайцы естественному магниту. Сила у естественных магнитов незначительна, и потому греческое название магнита — переводится как «геркулесов камень».
Не следует думать, что магнит действует только на железо. Есть ряд других тел, которые тоже испытывают на себе действие сильного магнита, хотя и не в такой степени, как железо. Металлы: никель, кобальт, марганец, платина, золото, серебро, алюминий — в слабой степени притягиваются магнитом. Еще замечательное свойство так называемых диамагнитных тел, например цинка, свинца, серы, висмута: эти тела отталкиваются от сильного магнита!
Жидкости и газы также испытывают на себе притяжение или отталкивание магнита, правда, в весьма слабой степени; магнит должен быть очень силен, чтобы проявить свое влияние на эти вещества.
Основная часть
Линии магнитных сил
У человека нет органа чувств, воспринимающего магнитное поле, поэтому о существовании магнитных сил, которые окружают магнит, он может лишь догадываться. Однако нетрудно косвенным образом обнаружить картины распределения этих сил. Лучше всего сделать это с помощью мелких железных опилок.
Для этого нужно взять магнит, сверху накрыть его стеклянной пластиной. На пластину положить лист бумаги. Далее насыпать опилки тонким ровным слоем на лист бумаги, встряхивая опилки легкими ударами. Магнитные силы свободно проходят сквозь бумагу и стекло; следовательно, железные опилки под действием магнита намагнитятся; когда мы встряхиваем их, они на мгновение отделяются от пластинки и могут под действием магнитных сил легко повернуться.
В результате опилки располагаются рядами, наглядно обнаруживая распределение невидимых магнитных линий. Магнитные силы создают сложную систему изогнутых линий. Можно увидеть, как, они лучисто расходятся от каждого полюса магнита. Чем ближе к полюсу, тем линии опилок гуще и четче; напротив, с удалением от полюса они разрежаются и утрачивают свою отчетливость, наглядно доказывая ослабление магнитных сил с расстоянием.
Актуальность работы
Работа посвящена совершенствованию получения картин магнитного поля, которые отчетливо показывают магнитные линии. Используя известные способы получения плоских картин, необходимо разработать способ получения объемных картин магнитного поля.
Получение изображения с помощью магнита и железных опилок
Чтобы получить такой рисунок, нужно взять: магнит, небольшое стекло, лист бумаги, железные опилки. Вначале мы положили магнит на верстак, далее накрыли его стеклом. На стекло положили лист бумаги, после чего сыпали железные опилки. Чтобы получился красивый рисунок нужно:
1) Не сыпать железные опилки с небольшой высоты от магнита. Из-за этого опилки слепляются в воздухе и падают на лист в куче.
2) Железные опилки лучше сыпать около полюсов, чтобы было четко видно магнитные линии.
Действие магнитного поля на экран дисплея
Магнитное поле магнита действует и на экран дисплея. Если взять магнит и поднести к экрану дисплея, то происходит много разных явлений:
1. Искажение изображения на экране дисплея.
2. Изменение цветовой палитры экрана дисплея.
Если магнит поднести прямо к стеклу дисплея, то возникает своеобразная и красивая картина на нем. Когда магнит отдаляется от экрана, картина становится менее четкой. На фотографиях, сделанных в этот момент, можно увидеть некоторую закономерность. Если на экран дисплея положить два кольцеобразных магнита, то образуется рисунок, отличающийся от рисунка, образованного одним магнита. На границе этих рисунков можно заметить линии, как-то связанные с магнитным полем. Если количество магнитов меняется или изменяется расположение полюсов магнита, то и рисунок будет другим. Если на экран дисплея положить кольцеобразный магнит с большой магнитной силой, то экран дисплея станет темным, а внутри кольца экран светится различными красками.
В книге [4, с.] написано, что магнитное поле действует на электроны. При этом взаимодействии электроны не попадают в нужное место и возникают искажения. Опыты проводились на старом мониторе.
Получение объемных картин магнитного поля
В ходе работы были получены и сфотографированы картины магнитного поля различных магнитов с помощью железных опилок. При анализе результатов было замечено, что картины магнитного поля либо плоские, либо опилки поднимаются на небольшую высоту, и не дают полной информации о магнитном поле. Ведь, чтобы получить картины магнитного поля даже одного магнита нужно проделать несколько опытов. Чтобы получить картину магнитного поля одного магнита, нужен один опыт, другого магнита — второй опыт. Возник вопрос: как получить картины магнитного поля в объеме? Что нужно сделать, чтобы картина магнитного поля получилась в объеме? Возникает проблема, мешает сила тяжести, действующая на железные опилки. Для решения этой проблемы нужно уменьшить вес опилок. Уменьшить вес тела в обычных условиях можно только с помощью жидкости. В этом случае подходит жидкость «глицерин». Преимущества этой жидкости:
1. Имеет большую плотность, чем вода = 1260 кг/м3
2. Глицерин прозрачен.
3. Глицерин безвреден для здоровья человека.
4. У глицерина хорошая вязкость.
Если взять воду, то выталкивающая сила будет меньше. Почему? У воды меньшая плотность, чем у глицерина. У воды маленькая вязкость.
Описание оборудования
Было взято два сосуда в форме прямоугольного параллелепипеда из оргстекла, размеры которых 85 x 85 x 55 мм. Один сосуд негерметизированный, для случая, если нужно добавить опилок или глицерина, но он закрывается с помощью бронзовых болтиков и становится герметичным. Чтобы герметизировать сосуд, поверхность краев сосуда смазывалась эпоксидной смолой, и крышка плотно прижималась к сосуду. Другой сосуд для демонстрации картин магнитного поля, был изготовлен, но в нем были оставлены два металлических стержня из железа. Перед герметизацией сосуда, в него нужно залить глицерин и засыпать железные опилки. Чтобы делать опыты нужно тщательно перемешать глицерин и опилки, вращая в руке сосуд.
Опыты:
1. Нужно взять сосуд без стержней и резкими движениями перемешать опилки в глицерине и поставить его на магнит с большой магнитной силой. Тогда железные опилки построят объемный рисунок магнитных линий не только на дне сосуда, но и на большом расстоянии от дна.
2. Нужно взять сосуд со стержнями и резкими движениями перемешать и поставить на магнит. Тогда железные опилки построят объемный рисунок возле стержней и на дне сосуда.
Чтобы железные опилки построили объемную картину магнитного поля, нужно несколько минут. Потом можно снять сосуд и поставить магнит в другом месте и картина снова изобразится. Но лучше оставить сосуд на сутки, так как глицерин слегка мутный, поэтому картина проявится лучше.
С помощью эпоксидной смолы, железных опилок в маленькой пластмассовой коробочке была попытка получения картины магнитного поля. Опыт удался, но его нужно повторить.
Мои впечатления: увидев эти явления, я был в изумлении от такого свойства магнита. Для меня это очень интересно и увлекательно. В зависимости от вида магнита, картины магнитного поля получаются разными. Картины магнитного поля всегда получаются красивыми, они могут меняться.
Магниты в воздухе
Когда проводились опыты получения картин магнитного поля, происходило следующее: при перемещении магнита под стеклом, железные опилки двигались вместе с магнитом и меняли угол наклона, высоту. Возник вопрос: что будет, если кусочки магнитов поместить в изменяющееся магнитное поле? Если подключить проволочную катушку с железным сердечником к источнику тока, возникнет магнитное поле. Если железные опилки поместить рядом с проволочной катушкой, то можно получить картину магнитного поля. Если подключить ее к источнику постоянного тока (батарее, аккумулятору), тогда железные опилки создадут неподвижную картину магнитного поля. А если к источнику переменного тока, то можно услышать слабое гудение, значит, опилки вибрируют. Это можно использовать для опытов. Рассмотрим ход опыта:
1. Взять шарики из пенопласта и поместить в них кусочки разбитого магнита.
2. Далее нужно взять катушку с намотанным на нее медным проводом.
3. После этого поместить пенопластовые шарики с кусочками магнитами в коробочку.
4. Поставить коробочку с шариками на катушку.
5. Катушку из медного провода подключить к источнику переменного тока.
В результате действия магнитного поля на осколки магнитов в шариках из действия опыта, в магнитном поле создается хаотичное движение молекул.
Магниты дома
В моей семье сувениры на магнитах можно увидеть на холодильнике. Эти магниты, так скажем декоративные. Они у нас появляются от родственников, знакомых, которые где-нибудь отдыхали, или сами привозим с отдыха, как традиция.
Но самое важное применение магнитов в холодильнике скрыто от наших глаз. В холодильнике магниты в виде полос используются в уплотнителе дверей. С помощью этого идет притяжение дверцы к корпусу и происходит уплотнение, влага не попадает в холодильник.
Еще у нас есть набор инструментов, в котором есть намагниченные отвертки. Такие отвертки нужны для того, чтобы не потерять какой-нибудь шуруп. Дома есть шторы, для придания нужной формы на них вешаются магнитные клипсы. Еще есть простой магнит, на него мы вешаем ключи от дома, чтобы они не потерялись. Раньше дома использовался музыкальный центр, у которого было две колонки, в этих колонках есть магниты. В бытовой технике часто используются магниты.
Есть такие сувениры, принцип действия которых основывается на использовании магнитного поля магнитов. У меня есть специальные магниты, из которых можно составлять различную цепочку. В кабинете физики есть сувенир «горизонтальная юла». Кончик юлы упирается в стекло, она висит над подставкой и ее можно раскручивать. Есть игра дартс. Современный дартс основан на действии магнита, у дротика на кончике магнит.
Результаты работы
1. Получены картины магнитного поля магнитов разной формы;
2. Получены картины магнитного поля магнитов с разной магнитной силой;
3. Получены картины искажений изображений экрана на дисплее;
4. Получены объемные картины магнитных полей магнитов разных форм и разной магнитной силой;
5. Составлена коллекция фотоизображений картин магнитных полей на цифровых носителях;
6. Сделана модель движущихся магнитов в переменном магнитном поле;
7. Сделана попытка получить «вечную» картину магнитного поля.
8. Работа может быть продолжена с целью получения более сложных картин магнитных полей.
Выводы
1. Картины магнитных полей бывают разнообразными.
2. Их вид зависит:
а) — от формы магнита;
б) — от магнитной силы;
в) — от наличия полюсов.
3. Магнитное поле действует на изображение на экране старого дисплея или телевизора и возникают различные явления
а) — появление пятен на экране дисплея;
б) — искажение изображения на экране дисплея;
в) — изменение цветовой палитры экрана дисплея;
г) в расположении пятен на экране дисплея угадывается, какая-то картина.
4. Объемные картины магнитного поля дают больше информации о расположении магнитных линий.
5. Переменное магнитное поле заставляет магниты двигаться.
Литература:
1. Карцев В. П. Приключения великих уравнений, издательство «Знание» М.-1978
2. Перельман Я. И. Занимательная физика, издательство «Наука» М.-1972
3. А. С. Енохович. Справочник по физике и технике, издательство «Просвещение» М.- 1983
4. А. Шилейко, Т. Шилейко Электроны…электроны, издательство «Детская литература» М.- 1983
5. Л. В. Тарасов Физика в природе М.: Просвещение, 1998 г.
6. Майлен Константиновский «Почему Земля магнит?» Издательство «Малыш».1979
