I semestr/rok szkolny 2010/11 Dane INFORMACYJNE Nazwy szkół: Zespół Szkół Technicznych w Pleszewie Zespół Szkół Ponadgimnazjalnych I Liceum Ogólnokształcące im. Żeromskiego w Goleniowie ID grup: 97/90_MF_G1 97/48_MF_G1 Kompetencja: Temat projektowy: Matematyczno-fizyczna Badamy pole magnetyczne Semestr/rok szkolny: I semestr/rok szkolny 2010/11

Wprowadzenie do projektu Pole magnetyczne znalazło we współczesnym świecie niezliczoną liczbę zastosowań, począwszy od silników elektrycznych, poprzez czujniki narkotyków, a na poszukiwaniach złóż skończywszy. Co więcej wszystko wskazuje na to, że z biegiem czasu ich liczba będzie wciąż rosła. A przecież wszystko zaczęło się od zwykłego kompasu. Cel projektu Głównym celem projektu jest rozwijanie kompetencji matematyczno-fizycznych w zakresie zagadnień dotyczących pola magnetycznego. Zapoznanie z własnościami tego pola, jak i jego praktycznymi zastosowaniami.

Co to jest pole magnetyczne? Pole magnetyczne jest to przestrzeń otaczająca magnes trwały lub przewodnik, w którym płynie prąd. Pole magnetyczne - stan przestrzeni, w której na poruszające się ładunki elektryczne, a także na ciała mające moment magnetyczny niezależnie od ich ruchu działają siły magnetyczne. Pole magnetyczne można przedstawić graficznie za pomocą linii sił pola . Linie sił pola magnesu sztabkowego Linie sił pola przewodnika prostoliniowego

Wyznaczanie linii sił pola magnetycznego zwojnicy i magnesu

Opis pola magnetycznego Pole magnetyczne jest polem wektorowym. Wielkościami fizycznymi używanymi do opisu pola magnetycznego są: indukcja magnetyczna B natężenie pola magnetycznego H. Między tymi wielkościami zachodzi związek B= μH gdzie μ – przenikalność magnetyczna ośrodka. Zwrot indukcji magnetycznej przewodnika prostoliniowego Zwrot indukcji magnetycznej przewodnika kołowego

Siły w polu magnetycznym Bieguny magnesów oddziałują wzajemnie na siebie: bieguny jednoimienne dwóch magnesów odpychają się, a różnoimienne – przyciągają. Przewodnik przez który płynie prąd jest źródłem pola magnetycznego i oddziaływuje z magnesem.

Siły w polu magnetycznym Jeśli przewód z prądem oddziaływuje na magnes, to magnes także oddziaływuje na przewód z prądem. Siłę działającą na przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym nazwano elektrodynamiczną.

Ziemia wielki magnes? We wnętrzu Ziemi istnieje ciekłe jądro zewnętrzne, w którym występują prądy konwekcyjne. Prądy takie unoszą ze sobą olbrzymie ilości wolnych elektronów, które są równoważne z prądem elektrycznym, który z kolei skutkuje powstaniem otaczającego pola magnetycznego. www.network.com.pl/gfx/ziemia.jpg www.blogi.szkolazklasa.pl/?blog=698

Jak wyjaśnić magnetyczne własności ciał? Model atomu – elektrony krążące wokół jądra Elektron poruszający się po zamkniętej powłoce jest równoważny mikroskopijnej pętli z prądem, wytwarzającej własne pole magnetyczne Jądro atomowe Elektron

Podział atomu pod względem własności magnetycznych: Atomy będące elementarnymi magnesami – atomy, które wytwarzają pole magnetyczne wokół siebie, bo mają nieparzystą liczbę elektronów walencyjnych Atomy nie będące elementarnymi magnesami – atomy, które nie wytwarzają pola magnetycznego wokół siebie. Mają parzystą liczbę elektronów walencyjnych i ich pola się znoszą.

Podstawowe materiały magnetyczne Paramagnetyki Ferromagnetyki Diamagnetyki Ferrimagnetyki Antyferromagnetyki

Paramagnetyki W zewnętrznym polu magnetycznym paramagnetyki ustawiają się wzdłuż linii sił pola magnetycznego [para w języku greckim oznacza wzdłuż] N S paramagnetyk W nieobecności zewnętrznego pola magnetycznego paramagnetyk nie jest namagnesowany

Paramagnetyki Do paramagnetyków należą m.in. tlen (O2), tlenek azotu(II) (NO), lit, sód, potas, magnez, wapń, glin, ebonit, hemoglobina krwi, roztwory wodne soli zawierających jony pierwiastków przejściowych, niektóre z tych soli w postaci krystalicznej, … W zewnętrznym polu magnetycznym paramagnetyk magnesuje się zgodnie z tym polem N S

Diamagnetyki Należą do nich: rtęć, miedź, złoto, cynk, woda, wodór, chlor, kwarc, jednoatomowe gazy szlachetne, azot, rodzynki … W zewnętrznym polu magnetycznym diamagnetyki ustawiają się prostopadle do linii sił pola magnetycznego. N S diamagnetyk

Diamagnetyki Diamagnetyki samorzutnie nie wykazują właściwości magnetycznych - nie są przyciągane przez magnes. Umieszczenie diamagnetyka w zewnętrznym polu magnetycznym powoduje powstanie w tym materiale pola magnetycznego skierowanego przeciwnie do zewnętrznego pola. N S

Ferromagnetyk w nieobecności zewnętrznego pola magnetycznego Do ferromagnetyków należą m.in.: żelazo, kobalt, nikiel oraz niektóre stopy Nazwa ferromagnetyk pochodzi od łacińskiej nazwy żelaza „ferrum” Domena magnetyczna - wymiary około 0,0001-0,01 m

Ferromagnetyk w niezerowym polu magnetycznym S B

Elektromagnes jako przykład zastosowania ferromagnetyków

Zmienne pole magnetyczne wytwarza prąd elektryczny – indukcja elektromagnetyczna http://fizyka.maszyna.pl/1jak_zostaly_odkryte_fale.php

Zastosowanie ferromagnetyków Miękkie -to np. stopy Fe i Si, Fe i Ni, Fe i Co, -stosowane: w transformatorach, do generacji energii elektrycznej (generatory, alternatory i prądnice) oraz zamiany energii elektrycznej w mechaniczną (silniki elektryczne), do zapisu danych cyfrowych na dyskach lub kartach magnetycznych. Półtwarde -wykorzystywane do wytwarzania pamięci magnetycznych, gdzie powierzchnia magnetyczna jest namagnesowana w kierunku dodatnich (logiczna jedynka) lub ujemnych (logiczne zero) wartości indukcji magnetycznej, systemów zabezpieczeń towarowych, czujników Twarde – magnetyt, stal i inne stopy metali ferromagnetycznych, np. Alnico zawierające Fe, Co, Ni, Al, Cu - stosowane do wytwarzania magnesów trwałych,

Magnetyzm w medycynie Lecznicze stosowanie pól magnetycznych sięga czasów prehistorycznych. W ostatnich latach notuje się wzrost zainteresowania terapią polem magnetycznym. http://www.kardiolog-twardela.pl/images/tomograf.jpg

Przykłady zastosowań pola magnetycznego w medycynie

Działanie pola magnetycznego na zwierzęta Pole magnetyczne ma największe znaczenie dla ryb, ptaków i pewnych gatunków owadów. W przypadku ryb badania naukowe wykazały, że rozwój i zachowanie się jaj, plemników oraz zapłodnionych już zarodków i larw jest w dużej mierze uzależnione od obecności lub też braku pól. Obiektem zainteresowania badaczy są też żółwie, nietoperze, delfiny i wieloryby.

Podsumowanie Celem projektu „Pole magnetyczne” było zwrócenie uwagi na szerokie zastosowanie magnetyzmu i zachęcenie do dalszego zgłębiania tego tematu. Poszerzyliśmy wiadomości na temat magnetyzmu. Poznaliśmy ciekawe, jak i często występujące w najbliższym otoczeniu zastosowania zjawiska magnetyzmu. Wiedza szkolna i potoczna skorelowały się i uzupełniły. Przez te ponad czterysta lat, jakie minęło od odkryć Williama Gilberta, magnetyzm znalazł niezliczoną liczbę zastosowań, a w naszym projekcie wskazujemy tylko nieliczne z nich. A pomyśleć, że wszystko zaczęło się od zwykłego kompasu…