Магнит – это тело, способное притягивать железо, сталь, никель

Государственное бюджетное профессиональное образовательное
учреждение Саратовской области «Советский политехнический лицей»
Исследовательская работа по физике
«Загадочный магнит»
Выполнила:
студентка 15 группы
Захарова Мария
Руководитель:
преподаватель физики
Макарова С.В.
р.п. Степное
2014 г.
Содержание
1. Введение
Глава 1.Что такое магнит и магнитная сила
Глава 2. Свойства магнитов.
2.1. Всё ли притягивают магниты?
2.2. Все ли магниты имеют одинаковую силу?
2.3. Зависит ли сила притяжения от расстояния между телами?
Глава 3.Использование магнита человеком.
Заключение
Список литературы
Приложение
2
с.3-4
с.4-5
с.5-6.
с.6-7
с.7-8
с.8-9
с.9-15
с.15-16
с.17
с.18-26
Что было, то и будет, и что творилось, то
творится, и нет ничего нового под Солнцем.
Бывает, скажут о чем-то: смотри, это новость!
А уже было оно в веках, что прошли до нас.
Царь Соломон (10 век до н.э.)
Введение
Мне очень нравится узнавать новое. В седьмом
классе у меня появился новый предмет-физика.
Этот предмет меня очень заинтересовал, и я все
чаще стала обращать внимание на те вещи, которые
раньше меня не привлекали. Однажды мама
оставила мне записку, прикрепленную к дверце
холодильника магнитом. Меня этот предмет очень
заинтересовал. И я решила узнать, как притягивает магнит к себе разные
предметы.
Мне стало интересно узнать, какие тайны хранит в себе магнит, какая
сила притягивает предметы к магниту. Так же мне захотелось выяснить, как
люди используют магниты в своей жизни.
Гипотеза исследования: существует потребность узнавать новое.
Актуальность работы заключается в том, что у всех детей возникает
проблема, когда надо выучить большой объем информации. А играть всем
детям нравится, поэтому я решила превратить скучное в интересное и
увлекательное.
Объект изучения: магнит.
Предмет изучения: свойства магнитов.
Цель работы: выяснить, какими свойствами обладают магниты и как их
используют люди.
Задачи:
 Выяснить, что такое магнит и магнитная сила.
 Узнать, какими свойствами обладают магниты.
 Выяснить, каким образом люди используют магниты в жизни.
 Сделать вывод по результатам работы.
Методы исследования:
1. библиографический анализ литературы и материалов сети Internet;
2. системный анализ;
3. выделение и синтез главных компонентов;
Новизна работы состоит в возможности научиться чему-то новому...
Практическая значимость работы состоит в том, что она может быть
использована школьниками для повышения образовательного уровня.
3
Глава 1. Что такое магнит и магнитная сила
Магнит — тело, обладающее собственным магнитным полем. Слово
происходит от греч. magnítis líthos (μαγνήτης λίθος),
магнетитовый камень, от названия древнего города
Магнесия в Малой Азии, в которой в древности были
открыты залежи магнетита. (Приложение № 6, 7)
Магнит – это тело, способное притягивать железо, сталь,
никель и некоторые другие металлы.
Магниты бывают естественными и искусственными.
Естественные магниты вытачивают из кусков магнитного железняка. Самый
крупный известный естественный магнит находится в Тартуском
университете. Его масса 13 кг, а подъемная сила 40 кг. Один из самых
сильных естественных магнитов был, по преданию, у Ньютона – в его
перстень был вставлен магнит, поднимавший предметы, масса которых была
в 50 раз больше массы самого магнита.
Искусственные магниты стали изготовлять в Англии XVIII веке методом
натирания. Искусственные магниты также можно получить, натирая куском
магнитного железняка в одном направлении железные бруски или просто
прислоняя ненамагниченный образец к постоянному магниту. Интересно, что
этим способом можно получить искусственные магниты гораздо более
сильные, чем исходные.
Магнитная сила – сила, с которой предметы притягиваются к магниту.
Магнитная сила является одной из сил электродинамики, которая действует
между движущимися электрическими зарядами. (Приложение № 4)
Глава 2. Свойства магнитов
Простейшие проявления магнетизма известны очень давно и знакомы
большинству из нас. Однако объяснить эти, казалось бы, простые явления на
основе фундаментальных принципов физики удалось лишь
сравнительно недавно.
Существуют магниты двух разных видов. Одни – так
называемые постоянные магниты, изготовляемые из
«магнитно-твердых» материалов. Их магнитные
свойства не связаны с использованием внешних
4
источников или токов. К другому виду относятся так называемые
электромагниты с сердечником из «магнитно-мягкого» железа. Создаваемые
ими магнитные поля обусловлены в основном тем, что по проводу обмотки,
охватывающей сердечник, проходит электрический ток.
Магнитные свойства стержневого магнита наиболее заметны вблизи его
концов. Если такой магнит подвесить за среднюю часть так, чтобы он мог
свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости, то он займет
положение, примерно соответствующее направлению с севера на юг. Конец
стержня, указывающий на север, называют северным полюсом, а
противоположный конец – южным полюсом. Разноименные полюса двух
магнитов притягиваются друг к другу, а одноименные взаимно
отталкиваются.
Если к одному из полюсов магнита приблизить брусок ненамагниченного
железа, то последний временно намагнитится. При этом ближний к полюсу
магнита полюс намагниченного бруска будет противоположным по
наименованию, а дальний – одноименным. Притяжением между полюсом
магнита и индуцированным им в бруске противоположным полюсом и
объясняется действие магнита. Некоторые материалы (например, сталь) сами
становятся слабыми постоянными магнитами после того, как побывают
около постоянного магнита или электромагнита. Стальной стержень можно
намагнитить, просто проведя по его торцу концом стержневого постоянного
магнита.
Итак, магнит притягивает другие магниты и предметы из магнитных
материалов, не находясь в соприкосновении с ними. Такое действие на
расстоянии объясняется существованием в пространстве вокруг магнита
магнитного поля. Некоторое представление об интенсивности и направлении
этого магнитного поля можно получить, насыпав на лист картона или стекла,
положенный на магнит, железные опилки. Опилки выстроятся цепочками в
направлении поля, а густота линий из опилок будет соответствовать
интенсивности этого поля. (Гуще всего они у концов магнита, где
интенсивность магнитного поля наибольшая.)
2.1. Все ли притягивают магниты?
Проведем опыт.
Требуется:
 предметы из дерева, металлов, пластмасс, стали, бумаги и ткани
 магнит, подвешенный на нить
Ход опыта:
 Разделим все предметы на две группы: металлические и не
металлические.
5
 Поднесем магнит по очереди к предметам первой группы.
 Поднесем магнит к
группы.
предметам
второй
Результат:
Некоторые металлические предметы притягиваются к магниту, а некоторые
не испытывают его притяжения.
Вывод:
Магниты обладают способностью притягивать предметы из железа
или стали, никеля и некоторых других металлов. Дерево, пластмасса, бумага,
ткань не реагируют на магнит.
2.2. Все ли магниты имеют одинаковую силу?
Проведем опыт.
Требуется:
 магниты разной формы и разного размера
 металлические предметы (гвозди, монеты, скрепки)
 пластиковые тарелки
Ход опыта:
 Разложим предметы, разделив их по типам.
 Поднесем по очереди магниты к разным тарелкам и подсчитаем,
сколько однотипных предметов сможет поднять каждый магнит.
6
Результат:
Одни магниты поднимают больше предметов,
приложение 1).
Вывод:
Форма и размер магнита влияет на его силу.
магниты сильнее прямоугольных, а круглые сильнее
Среди магнитов, имеющих одну форму, сильнее будет
размера. (Приложение № 1)
чем другие (см.
Подковообразные
подковообразных.
магнит большего
2.3. Зависит ли сила притяжения от расстояния между телами?
Проведем опыт.
Требуется:
 три магнита разных размеров
 несколько металлических предметов
 стол
 линейка
Ход опыта:
 Разложим на столе магниты в ряд на расстоянии 10 см друг от друга
 Положим на стол линейку и вплотную к ней разложим монетки, но
на расстоянии от магнитов.
7
 Потихоньку подталкиваем линейку с монетками в сторону магнитов
Результат:
Одни монетки притягиваются к магниту сразу же, другие – только
тогда, когда приблизятся к магнитам на близкое расстояние.
Вывод:
Магниты притягивают даже на расстоянии. Чем больше магнит, тем
больше сила притяжения и тем больше расстояние, на котором магнит
оказывает свое воздействие.
Магниты обладают свойством притягивать металлические предметы.
Магнитная сила может действовать через различные предметы и на
значительном расстоянии. Не все магниты одинаковы, разные магниты
имеют разную силу, эта сила зависит от формы и размера магнита.
3. Использование магнита
Магнит был хорошо известен древним людям и магнитные свойства
уже тогда ими использовались. Магнитный камень применяли для
ориентирования, подвешивая его на нити или устанавливая на дощечке,
плавающей на спокойной поверхности воды. Это были первые компасы.
Магниты использовали древние строители. В китайских летописях
есть описания магнитных ворот, через которые не мог пройти
недоброжелатель с оружием, а также магнитных мостовых. Магнитную силу
использовали в военных целях.
Использовали магниты и для развлечения. Тысячи лет назад кабиры
(так называли бродячих фокусников Древней Греции) странствовали по
своей земле и давали удивительные представления. Они удерживали
несколько тяжелых железных колец, которые висели, ничем не связанные
между собой, одно под другим, не падая. Секрет кабиров заключался в том,
что кольца эти были сделаны из магнита.
Магниты окружают нас постоянно. Я заметила, что магнитная сила
используется и дома, и в школе: с помощью магнитов мы крепим записки на
холодильник дома, а в школе прикрепляют плакаты к доске; магнитные
крепления есть на дверцах шкафов, сумках.
8
Сейчас, благодаря своей способности притягивать предметы под
водой магниты используются при строительстве и ремонте подводных
сооружений.
Благодаря свойству магнитов воздействовать на расстоянии и через
растворы, их используют в химических и медицинских лабораториях, где
нужно перемешивать стерильные вещества в небольших количествах.
О магнитах люди узнали давно и стали использовать его свойства в
своих целях. Раньше использовали только естественные магниты – кусочки
магнетита, сейчас большинство магнитов – искусственные. А самые сильные
их них – электромагниты, которые используют на предприятиях.
Жесткие диски записывают данные на тонких магнитных покрытиях.
 Магнитные носители информации: VHS
кассеты содержат катушки из магнитной
ленты. Видео и звуковая информация
кодируется на магнитном покрытии на ленте.
Также в компьютерных дискетах и жестких
дисках запись данных происходит на тонком
магнитном покрытии. Однако носители информации не являются
магнитами в строгом смысле, так как они не притягивают предметы.
Магниты в жёстких дисках используются в ходовом и
позиционирующем электродвигателях.

Кредитные, дебитовые, и ATM карты: Все эти карточки имеют
магнитную полосу на одной стороне. Эта полоса кодирует
информацию, необходимою для соединения с финансовым
учреждением и связи с их счетами.
 Обычные телевизоры и компьютерные
мониторы: телевизоры и
компьютерные мониторы, содержащие
9
электронно-лучевую трубку используют электромагнит для управления
пучком электронов и формирования изображения на экране.
Плазменные панели и ЖК мониторы используют другие технологии.

Электродвигатели и генераторы: некоторые электрические
двигатели (так же, как громкоговорители) основываются на
комбинации электромагнита и постоянного
магнита. Они преобразовывают
электрическую энергию
в механическую энергию. Генератор, наоборот,
преобразует механическую энергию в электрическую
энергию путем перемещения проводника через магнитное поле.
Громкоговорители и микрофоны: большинство громкоговорителей
используют постоянный магнит и токовую катушку для
преобразования электрической энергии (сигнала) в механическую
энергию (движение, которое создает звук). Обмотка намотана на
катушку прикрепляется к диффузору, и по ней протекает переменный
ток, который взаимодействует с полем постоянного магнита.



Трансформаторы: устройства передачи электрической энергии между
двумя обмотками провода, которые электрически изолированы, но
связаны магнитно.
 Магниты используются в поляризованных реле.
Такие устройства запоминают своё состояние на
время выключения питания.
 Дверца холодильника притягивается к самому
холодильнику с помощью магнитной силы.
 Компасы: компас (или морской компас) является
намагниченным указателем, который может
свободно вращаться и ориентируется за направлением магнитного
поля, чаще всего магнитного поля Земли.
Искусство: виниловые магнитные листы могут быть присоединены к
живописи, фотографии и другим декоративным изделиям, что
позволяет присоединять их к
холодильникам и другим металлическим
поверхностям.
10
 Магниты часто используются в игрушках. M-TIC использует
магнитные стержни,
связанные
с металлическими
сферами




Игрушки: Учитывая их
способность
противостоять силе тяжести
на близком
расстоянии, магниты часто
используются в детских игрушках с забавными эффектами.
Магниты могут использоваться для производства ювелирных изделий.
Ожерелья и браслеты могут иметь магнитную застежку, или могут
быть изготовлены полностью из серии связанных магнитов и черных
бусин.
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 отвертки
специально намагничиваются для этой цели.
 Магниты могут использоваться при
обработке металлолома для отделения магнитных металлов (железа,
стали и никеля) от немагнитных (алюминия, цветных сплавов и т. д.).
Та же идея может быть использована в рамках так называемого
«Магнитного испытания», в которой кузов автомобиля обследуется с
магнитом для выявления областей, отремонтированных с
использованием стекловолокна или пластиковой шпатлевки.
Маглев: 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 сила
аэродинамического сопротивления..


Магниты используются в фиксаторах мебельных дверей.
Два магнита, помещённые в губки, используют для мытья тонких
немагнитных материалов сразу с двух сторон, причём одна сторона
может быть труднодоступной, например, стёкла аквариума или
балкона.
11








Магниты используются для передачи вращающего момента «сквозь»
стенку, которой может являться, например, герметичный контейнер
электродвигателя. Так была устроена игрушка СССР «Подводная
лодка».
Магниты совместно с герконом применяются в большом количестве
датчиков положения, например датчик двери
холодильника или охранная сигнализация.
 Магниты совместно с датчиком Холла используются
для определения углового положения или угловой
скорости вала.
Магниты используются в искровых разрядниках для ускорения
гашения дуги.
Магниты используются при неразрушающем контроле
магнитопорошковым методом (МПК)
Магниты используются для отклонения пучков радиоактивных и
ионизирующих излучений, например при наблюдении в камерах.
Магниты используются в показывающих приборах с отклоняющейся
стрелкой, например, амперметр. Такие приборы весьма чувствительны
и линейны.
Магниты применяются в СВЧ вентилях и циркуляторах.
 Магниты применяются в составе отклоняющей
системы электронно-лучевых трубок для подстройки
траектории электронного пучка.
 До открытия закона сохранения энергии, было много
попыток использовать магниты для построения
«вечного двигателя». Людей привлекала, казалось бы,
неисчерпаемая энергия
магнитного поля
постоянного магнита, которые были
известны очень давно. Но рабочий макет
так и не был построен.
Магниты-сувениры.
Заключение
В ходе этой работы я узнала, что магниты воздействуют на предметы
из железа, стали и некоторых других металлов. Сила магнита зависит от его
формы и размера. Магнитная сила может проходить через предметы или
вещества. Магнит оказывает свое действие даже на значительном
расстоянии, в зависимости от своей мощности.
12
Изучая литературу, я узнала, что свойства магнитов люди
использовали с древних времен. Наблюдая за различными предметами дома
и в школе, я выяснила, что магниты широко используются и сейчас.
Мне очень понравилось раскрывать тайны магнита. Я узнала много
нового и хочу поделиться своими знаниями с одноклассниками, поэтому я
создала серию плакатов «Тайны магнита», которую повесила в классном
уголке.
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.
Свойство магнита притягивать некоторые предметы и в наши дни не
потеряло своей чарующей 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 прекрасной таинственностью природы, и
рождать жажду новых знаний и новых открытий.
13
Список литературы
1. Занимательные опыты: Электричество и магнетизм./ М. Ди Специо;
Пер. с англ. М. Заболотских, А. Расторгуева. – М.: АСТ: Астрель, 2005,
- 160 с.: ил.
2. Перельман Я.И.. Занимательная физика. В 2-х кн. Кн. 2 / Под ред. А.В.
Митрофанова. – М.: Наука, 1986. – 272 с., ил.
3. Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика / Сост. А.А. Леонович;
Под общ. ред. О.Г. Хинн. – М.: ООО «Издательство АСТ-ЛТД», 1998. –
480 с.
4. http://ru.wikipedia.org
5. www.fieldphysics.ru
14
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Форма и
размер магнита
Брусок
Подкова
маленькая
Подкова
большая
Круг
ГВОЗДИ
МОНЕТЫ
СКОБЫ
11
2
4
59
12
12
70
17
20
83
23
20
15
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Требуется:
 магнит в форме бруска
 две толстые иглы
Ход опыта:
 Одним концом бруска потри около 40 раз иглы
(три все время в одном направлении).
 Поднеси иглы одна к другой, сначала со стороны ушка, потом с
острия.
Результат:
Иглы либо притягиваются, либо отталкиваются – в зависимости от
приближаемых концов.
Это потому…
…что натирание игл магнитов вызвало их намагничивание. Они ведут себя
как два магнита, взаимно притягиваясь или отталкиваясь – в зависимости от
сближаемых полюсов.
16
ПРИЛОЖЕНИЕ 3
Требуется:
 магнит
 стеклянный кувшин
 скрепка
 вода
Ход опыта:
 В кувшин с водой брось скрепку. Поспорь с другом, что ты
вытащишь ее, не замочив рук.
 Прислони магнит к кувшину на уровне скрепки. После того
как она приблизится к стенке кувшина, медленно двигай
магнит по стенке вверх.
Результат: Скрепка следует за движением магнита и поднимается вверх до
тех пор, пока не приблизится к поверхности воды. Таким образом, ее можно
легко достать, не замочив рук.
Это потому… что магнитная сила действует и сквозь стекло и сквозь воду.
Если бы стенки кувшина были железными или стальными, скрепка все равно
передвигалась бы, но слабее, потому что часть магнитной силы поглотила бы
стенка кувшина.
17
ПРИЛОЖЕНИЕ 4
Требуется:
 вольтметр
 магнит
 катушка, намотанная на болт
Ход испытания:
 подключим вольтметр к нашей катушке
(которая намотана на болт), и поднесем к
ней магнит, внимательно наблюдая за
вольтметра. Теперь удалим магнит.
показаниями
Результат: В момент,
когда
мы
будем
подносить магнит к
катушке,
стрелка
вольтметра отклонится в
сторону. Когда мы
будем удалять магнит,
стрелка качнется в
другую сторону. Чем
быстрее
движется
магнит- тем сильнее
отклоняется стрелка.
Это потому…что при
изменении
силы
магнитного поля вокруг катушки, в катушке возникает ток (а значит - между
ее концами появится напряжение). Заметим: при изменении. Если просто
положить магнит рядом с катушкой, тока не будет, потому что сила
магнитного поля, создаваемого магнитом - постоянна.
Если бы не это свойство - мы бы все до сих пор сидели в темноте и без
Интернета. Поскольку именно на основе этого свойства работают
электрогенераторы на любой электростанции.
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
 Северные полюса указывают на Север, южные
полюса указывают на Юг.
 Одинаковые полюса отталкиваются, разные – притягиваются.
18

Магнитные силы действуют только на магнитные материалы.
 Магнитные силы действуют на расстоянии.
 При намагничивании временные магниты действуют как постоянные
магниты.
 Катушка с проводом, по которому течет электрический ток,
становится магнитом.
 Размещение железного сердечника внутри катушки с током
увеличивает силу электромагнита.
 Изменение магнитного поля вызывает электрический ток в
проводнике.
 Частица с зарядом не испытывает действие магнитной силы при
движении параллельно магнитному полю. При движении
перпендикулярно магнитному полю, заряженная частица испытывает
действие силы в направлении, перпендикулярном как направлению
движения, так и направлению магнитного поля.
 Провод с током, находящийся в перпендикулярном магнитном поле,
испытывает действие силы в направлении, перпендикулярном как
направлению провода, так и направлению магнитного поля.
19
ПРИЛОЖЕНИЕ 6
Природные
магниты,
или
подругому
кусочки
магнитного железняка –
магнетита не везде назывались магнитами, в
разных странах их называли по-разному:
китайцы называли его чу-ши;
французы – айман;
индусы – тхумбака;
египтяне – кость Ора,
греки – адамас и каламита, геркулесов камень;
испанцы – пьедрамант;
немцы – магнесс и зигельштейн;
англичане – лоудстоун.
Многие из этих названий переводится как любящий. Так поэтическим
языком древних описано свойство магнетита притягивать, «любить» железо.
...Идут караваны по бескрайним гобийским пескам. Направо, налево –
унылые желтые барханы. Солнце скрыто желтой пеленой пыли. Далек путь
из императорских пагод на берегах Янцзы до минаретов кушанских царств.
Трудно пришлось бы караванщикам, если бы не было в караване белого
верблюда. Белого верблюда с его бесценным грузом. Бесценным, хотя это не
золото, не жемчуг и не слоновая кость. Защищенный деревянной резной
клеткой, между горбами белого верблюда совершал свой путь через пустыню
глиняный сосуд, в котором на пробке плавал в воде небольшой
продолговатый кусок намагниченного железа. Края сосуда были выкрашены
в четыре цвета. Красный обозначал юг, черный – север, зеленый – восток и
белый – запад. Глиняный сосуд с кусочком железа в нем был примитивным
древним компасом, указывавшим караванщикам путь в бескрайних песках...
20
ПРИЛОЖЕНИЕ 7
В одной легенде рассказывается о военной победе
императора Хуанг-Ти, одержанной более трех тысяч лет
назад. Этой победой он был обязан своим мастерам, изготовившим повозки,
на которых были установлены фигурки человека с рукой, вытянутой вперед.
Фигурки могли вращаться, но вытянутая рука всегда указывала на юг.
С помощью таких повозок Хуанг-Ти смог в густом тумане напасть на
врага с тыла и разгромить его.
Красивая легенда о Флавио Джойя, «изобретателе компаса», до сих
пор живет у итальянцев.
...Давным-давно, когда город Амальфи стоял, как и Венеция, на море,
жил в нем Флавио Джойя, ювелир и инкрустатор. Он был беден и весел, а
кроме того, любил Анджелу, дочь богатого рыбака Доменико.
Рыбак Доменико не хотел, чтобы его дочь вышла замуж за
«сухопутного» Джойя, и поставил перед Флавио тяжелое условие –
научиться плавать по прямой линии в тумане и в ночи. Ясно, что это условие
невыполнимо: попробуйте погрести пять минут, закрыв глаза – наверняка
приплывете туда, откуда отплыли.
Но Флавио был не из тех, кто унывает. В работе для инкрустирования
маленькими кусочками железа он использовал магнитный камень. Как-то
Флавио заметил, что, если положить этот камень на кусочек пробки,
плавающей в воде, он поворачивается всегда в одну сторону. Так, по легенде,
Флавио изобрел компас.
Через месяц он женился на красавице Анджеле. Флавио получил
Анджелу, рыбаки получили компас...
21