DANE INFORMACYJNE Nazwa szkoły: Gimnazjum nr 10, Gimnazjum w Zespole Szkół w Lubiniu ID grupy: 98/71_MF_G1, 98/68_MF_G1 Opiekun: Mateusz Pazera, Beata Zborowska Kompetencje: mat-fiz. Temat projektowy: W świecie magnetycznych oddziaływań Semestr szkolny: II / 2011/2012

Właściwości magnesów Rodzaje magnesów: sztabkowy podkowiasty Każdy magnes posiada dwa bieguny: północny N południowy S Czym jest pole magnetyczne? Pole magnetyczne-własność przestrzeni polegająca na tym, że na umieszczony w niej magnes lub poruszający się ładunek elektryczny działają siły magnetyczne.

Rodzaje magnesów Sztabkowy Podkowiasty

Linie pola magnetycznego Zwrot linii pola magnetycznego jest od bieguna północnego do bieguna południowego. Namagnesowanie-proces polegający w uporządkowaniu domen magnetycznych w ferromagnetykach Ferromagnetyk-ciało zbudowane z domen magnetycznych, wykazujące silne właściwości magnetyczne Magnes trwały-ferromagnetyk po uporządkowaniu domen magnetycznych

Wokół przewodnika, przez który płynie prąd elektryczny, istnieje pole magnetyczne. Ułożenie biegunów pola magnetycznego przewodnika (np. zwojnicy) przez który płynie prąd, zależy od kierunku przepływu prądu. Własność przestrzeni polegającej na tym że na umieszczonej w niej igiełkę magnetyczną działają siły, nazywamy polem magnetycznym. Pole takie wytwarza: ruda magnetytu, magnes stały lub kula ziemska.

Przewodnik z prądem jako źródło pola magnetycznego Elektromagnesem nazywamy zwojnicę wewnątrz której umieszczono rdzeń z miękkiej stali. Jest on o wiele silniejszy niż sama zwojnica bez rdzenia. Jeżeli przewodnik z prądem umieścimy w polu magnetycznym, to działa na niego siła elektromagnetyczna (elektrodynamiczna). Działanie przewodnika w którym płynie prąd przez tą igłę, potwierdza fakt, że wokół przewodnika istnieje pole magnetyczne.

Wartość siły magnetycznej (elektrodynamicznej) zależy od: Zwrot linii pola magnetycznego przewodnika zależy od kierunku przepływu prądu. Elektromagnes-jest to zwojnica przez którą płynie prąd elektryczny. Działa jak magnes jednakże jej działanie można wzmocnić przez umieszczenie wewnątrz zwojnicy rdzenia ze stali miękkiej lub zwiększenia liczby zwojów. Elektromagnesy stosowane są w hutach ,stoczniach, halach produkcyjnych, medycynie, magnetofonach, komputerach, głośnikach oraz w słuchawkach. Siła elektromagnetyczna - siła, która działa na przewodnik, przez który płynie prąd umieszczony w polu magnetycznym. Wartość siły magnetycznej (elektrodynamicznej) zależy od: natężenia prądu długości przewodnika właściwości zewnętrznego pola magnetycznego ( magnes słabszy lub silniejszy)

Reguła śruby prawoskrętnej Reguła śruby prawoskrętnej - jeżeli wyobrazisz sobie, że prąd w przewodniku kołowym płynie zgodnie z ruchem wskazówek zegara i przewodnik ten leży w płaszczyźnie twojej kartki to prostopadle wkręcana śruba prawoskrętna pokaże swoim przesuwającym się końcem biegun północny, przed Tobą będzie więc biegun południowy.

REGUŁA PRAWEJ DŁONI DLA PRZEWODNIKA PROSTOLINIOWEGO: Jeżeli prawą dłonią, obejmiemy przewodnik prostoliniowy w taki sposób, że kciuk wskaże nam kierunek płynącego w nim prądu, to cztery zgięte palce wskażą zwrot linii pola magnetycznego.

REGUŁA PRAWEJ DŁONI DLA PRZEWODNIKA KOŁOWEGO LUB ZWOJNICY: Jeżeli prawą dłonią, obejmiemy przewodnik kołowy lub zwojnicę, w taki sposób, że cztery zgięte palce wskażą kierunek płynącego tam prądu, to odchylony kciuk wskaże zwrot linii pola magnetycznego, a także biegun północny.

Siła elektrodynamiczna Na umieszczony w polu magnetycznym przewodnik przez który płynie prąd elektryczny działa siła elektrodynamiczna. Wzór: F = B * I * L F= siła elektrodynamiczna I= natężenie prądu L= długość przewodnika w polu magnetycznym B= indukcja magnetyczna pola

Pole elektromagnetyczne- przenikające sie nawzajem zmienne pole magnetyczne i zmienne pole elektryczne. Fale elektromagnetyczne- zmiany pola elektryczne i magnetyczne. rozchodzące sie w postaci fali w przestrzeni Silniki elektryczne i mierniki działają w wyniku oddziaływania siły elektrodynamicznej. W silniku oddziałują na siebie pola magnetyczne wirnika i nieruchomego stojaka.

REGUŁA LEWEJ DŁONI: Jeżeli lewą dłoń, ustawimy w polu magnetycznym tak, że zwrot linii tego pola będzie 'wchodził' ku wewnętrznej części dłoni, a cztery palce wskażą kierunek płynącego prądu w przewodniku, to odchylony o 90 (stopni) kciuk, wskaże kierunek i zwrot działającej na przewodnik siły elektrodynamicznej.

Pole magnetyczne przewodnika z prądem Prąd indukcyjny - prąd elektryczny płynący w zamkniętym obwodzie elektrycznym lub w substancji przewodzącej prąd elektryczny wywołany indukcją elektromagnetyczną np. z powodu umieszczenia obwodu w zmiennym polu magnetycznym. Prąd indukcyjny można uzyskać różnymi sposobami, w których zmienia się pole magnetyczne: poprzez zbliżanie lub oddalanie zwojnicy od magnesu lub innej zwojnicy, przez którą płynie prąd. włączanie lub wyłączanie prądu w obwodzie pierwotnym. zmianę natężenia prądu w obwodzie pierwotnym. zasilanie obwodu pierwotnego prądem zmiennym. Indukcja magnetyczna - pola magnetycznego jest wielkością wektorową charakteryzującą pole elektromagnetyczne(zależy od siły magnesu)

Reguła Lenza Reguła Lenza - prąd indukcyjny ma zawsze taki kierunek, że wytworzone przez niego pole magnetyczne przeciwdziała przyczynie, która go wytworzyła ) np. hamuje ruch magnesu.

Transformator, składa się z dwóch uzwojeń: Transformator- urządzenie służące do przekazywania energii elektrycznej z jednego obwodu prądu przemiennego do innego obwodu, z jednoczesną zmiana napięcia i natężenia prądu. Transformator, składa się z dwóch uzwojeń: uzwojenie pierwotne uzwojenie wtórne

Transformator

Prawo Maxwell’a I Prawo Maxwell’a – Każdej zmianie pola elektrycznego towarzyszy powstanie wirowego pola magnetycznego II Prawo Maxwell’a – Każdej zmianie pola magnetycznego towarzyszy powstanie wirowego pola elektrycznego

Fale elektromagnetyczne Rozchodzące się w przestrzeni zmiany pól elektrycznych i magnetycznych nazywamy falą elektromagnetyczną. λ=1m V= prędkość f= częstotliwość

Przykład fal elektromagnetycznych

Skąd te magnesy? Niektóre właściwości magnetyczne ciał znane były już od dawna. Pierwsze wzmianki o nich pochodzą z VI w. p.n.e. Minerał posiadający te własności podziwiali starożytni Grecy. Nazwali go magnetis od miasta Magnesia w pobliżu którego występował. Nazwę magnes wprowadzono dopiero w 1845 roku.

Chińczycy w XI w. a żeglarze europejscy od XII w Chińczycy w XI w. a żeglarze europejscy od XII w. wykorzystywali w nawigacji fakt, iż igły magnetyczne ustawiają się w kierunku północ – południe. Już w XVI w. powstała hipoteza, że Ziemia jest wielkim magnesem. Kolejnych przełomowych odkryć dokonano w XIX w. Dotyczyły one związku między elektrycznością a magnetyzmem.

Przez wieki z magnesami Wilhelm Eduard Weber(ur. 24 października 1804 w Wittenberdze - zm. 23 czerwca 1891 w Getyndze) – niemiecki fizyk, badał magnetyzm i elektryczność.  

W 1831 Weber podjął pracę na Uniwersytecie w Getyndze, gdzie wraz z Gaussem zbudował bardzo czuły magnetometr do pomiaru natężenia pola magnetycznego, urządzenia do pomiaru prądu stałego i zmiennego, a także telegraf elektromagnetyczny (1833). Na jego cześć jednostkę strumienia magnetycznego w układzie SI nazwano weberem.

Przez wieki z magnetyzmem Hans Christian OOerstedOrsted Oersted (ur. 14 Sierpnia 1777, zm. 9 Marca 1851 w Kopenhadze) – duński fizyk i chemik, najbardziej znany z odkrycia zjawiska elektromagnetyzmu.  

W prostym eksperymencie Oersted pokazał, że igła kompasu odchyla się pod wpływem prądu w przewodzie. Według niektórych źródeł w 1825 roku jako pierwszy wyprodukował aluminium. Na jego cześć jednostkę natężenia pola magnetycznego w układzie CGS nazwano ersted.  

Aksjomaty Maxwella James Clerk Maxwell (ur. 13 czerwca 1831 w Edynburgu, zm. 5 listopada 1879r. w Cambridge) – szkocki fizyk i matematyk. Autor prac z zakresu elektrodynamik i, kinetycznej teorii gazów, optyki i teorii barw.

Proste doświadczenia : Jeżeli magnes naturalny lub sztuczny zanurzymy w opiłkach stalowych zauważymy, że zdolność przyciągania magnesu koncentruje się w dwóch przeciwległych końcach, natomiast środkowa część magnesu nie objawia żadnego działania. Końce magnesu nazywamy biegunami magnesu. BIEGUN POŁUDNIOWY BIEGUN PÓŁNOCNY

Oddziaływania pomiędzy magnesami Doświadczenie 1 Wykorzystaliśmy: dwa magnesy sztabkowe, podkowiaste Opis doświadczenia – magnesy zbliżamy z pewnej odległości od siebie. Obracając jednym z nich obserwujemy zachowanie drugiego.

obserwacje: Niezależnie jakich magnesów używaliśmy, magnesy raz przyciągały się ( różne bieguny ), innym razem odpychały ( te same bieguny ). W czasie wykonywania prób, jedna ze sztabek upadła i pękła na dwie części.

wnioski Pomiędzy magnesami występują dwa rodzaje oddziaływań. Magnesy przyciągają się, jeśli zwrócone są do siebie przeciwnymi końcami – biegunami. Magnesy odpychają się, jeśli zwrócone są do siebie tymi samymi końcami – biegunami.

wnioski W wyniku podziału magnesu powstają dwa nowe dwubiegunowe a nie jak wskazywałyby kolory, jednobiegunowe magnesy. Wszystkie magnesy posiadają dwa bieguny.

Oddziaływania magnesu na inne substancje Doświadczenie 2 Wykorzystaliśmy: magnesy, przedmioty wykonane z gumy, pleksiglasu, stali, mosiądzu, ołowiu, żeliwa, drewna, aluminium, cyny, miedzi, pineski. Opis doświadczenia – po kolei zbliżaliśmy magnesy to jednym to drugim biegunem do wyżej wymienionych przedmiotów i obserwowaliśmy ich wzajemne zachowanie.

obserwacje Magnesy przyciągały stal i żeliwo. Magnesy nie przyciągały: drewna, gumy, pleksiglasu, aluminium, miedzi, cyny, ołowiu i ebonitu. pineska metalowa znajdująca się w zasięgu działania magnesu, sama też przyciągała następną, a ten kolejną. Po usunięciu magnesu pineski nadal posiadały właściwość przyciągania.

wnioski Tylko pomiędzy przedmiotami zawierającymi w swoim składzie żelazo a magnesami dochodzi do oddziaływań. U innych takich jak drewno czy aluminium nie zauważamy żadnych interakcji przedmiot – magnes. Jedynym rodzajem oddziaływania jest tylko przyciąganie.

wnioski Substancje zawierające w swoim składzie żelazo będąc w zasięgu działania magnesu zachowują się jak magnes. Stal, z której wykonano pineski po krótkim kontakcie z magnesem ulega namagnesowaniu.

Linie pola magnetycznego Doświadczenie 3 Wykorzystaliśmy: magnesy sztabkowe i podkowiaste, opiłki żelaza, płytkę szklaną lub z pleksiglasu, białą kartkę papieru. Opis doświadczenia – pod przezroczystą płytką lub kartką umieszczaliśmy magnesy pojedynczo i w różnych konfiguracjach. Na wierzch sypaliśmy opiłki metalu. Mieliśmy zwrócić uwagę na ich rozmieszczenie.

ferromagnetyki Po usunięcie pola magnetycznego zewnętrznego, ferromagnetyk nadal posiada właściwości magnetyczne. Uległ trwałemu namagnesowaniu. Tak zachowuje się stal twarda (hartowana) w przeciwieństwie do tzw. stali miękkiej, która po krótkim czasie ulega rozmagnesowaniu.

Ferromagnetyk można też rozmagnesować poprzez bardzo silne uderzenie. punkt curie Ferromagnetyki tracą swoje właściwości magnetyczne po podgrzaniu ich do odpowiedniej dla każdego ferromagnetyka temperatury, zwanej punktem Curie. Ferromagnetyk można też rozmagnesować poprzez bardzo silne uderzenie. W jednym i drugim przypadku dostarczamy domenom niezbędną ilość energii aby mogły powrócić do chaotycznego rozkładu w ferromagnetyku.

Pole magnetyczne Mówiąc o polu magnetycznym mamy na myśli przestrzeń, w której dochodzi do oddziaływań magnetycznych. W naszym przypadku istnienie tego pola, jego „wygląd”, mogliśmy zobrazować za pomocą opiłków żelaza.

pole magnetyczne ziemi Oprócz biegunów geograficznych Ziemia posiada dwa bieguny magnetyczne. Biegun magnetyczny południowy znajduje się jednak w pobliżu bieguna geograficznego północnego a północny koło Antarktydy czyli na półkuli południowej. Oba bieguny nieustannie się przesuwają, jeden o 6 m a drugi o 10km rocznie.

BIEGUN PÓŁNOCNY to biegun swobodnie zawieszonego magnesu, który zwraca się ku północy, natomiast BIEGUN POŁUDNIOWY to biegun zwrócony na południe. W kompasie, który służy do orientacji w terenie, igła magnetyczna osadzona jest na ostrzu i ustawiona swobodnie wskazuje północ zacienionym ostrzem. KOMPAS

Pole magnetyczne ziemi

Pole magnetyczne ziemi Ziemskie pole magnetyczne ma ogromne znaczenie dla istnienia życia na naszej planecie. Zatrzymuje zabójcze dla organizmów żywych promieniowanie docierające do Ziemi ze Słońca. Pole magnetyczne Ziemi nazywamy magnetosferą. Rozciąga się ono wokół planety na około 60000km.

Pole magnetyczne Ziemi Zorze polarne

Pole magnetyczne Jest także inny równie prosty sposób na „podpatrzenie” pola magnetycznego, który poznamy w doświadczeniu 4.

Pole magnetyczne Doświadczenie 4 Wykorzystaliśmy: magnesy trwałe i igły magnetyczne Opis doświadczenia – w pobliżu magnesów rozmieściliśmy dużą ilość igieł magnetycznych. Igły magnetyczne ustawiają się wzdłuż linii pola magnetycznego. Obserwowaliśmy wychylenia igieł.

Fragmenty linii pola magnetycznego magnesu sztabkowego

Linie sił pola wokół magnesu podkowy. Linie sił w polu magnetycznym magnesu sztabkowego.

Pole magnetyczne wokół przewodnika z prądem Opis doświadczenia - prosty odcinek kabla zmontowaliśmy na linii północ-południe Przez obwód przepuszczaliśmy prądy o różnych natężeniach i kierunkach. Cała nasza uwaga skupiona była na położeniu igły magnetycznej, natężeniu i kierunku płynięcia prądu w danym momencie.

Wychylenie igły przy Natężeniu prądu elektrycznego I = 0

Wychylenie igły przy natężeniu prądu elektrycznego I= ½ I max

Wychylenie igły przy maksymalnym natężeniu prądu elektrycznego

obserwacje Jeżeli przez przewodnik prąd nie płynął, igła pozostawała w bezruchu. Położenie igły ulegało zmianie gdy w przewodniku płynął prąd. Wielkość wychylenia igły zależała od natężenia prądu. Zwrot wychylenia zależał od kierunku prądu elektrycznego.

wnioski Przepływ prądu elektrycznego w przewodniku powoduje powstanie wokół niego pola magnetycznego, które oddziaływuje na igłę magnetyczną. Wielkość wychylenia zależy od wartości natężenia płynącego prądu. Im większe natężenie tym większe wychylenie. Zwrot wychylenia igły magnetycznej zależy od kierunku płynącego prądu.

Pole magnetyczne wokół przewodnika z prądem Określenie zwrotu linii pola magnetycznego powstałego wskutek przepływu prądu elektrycznego w przewodniku jest tylko trochę trudniejsze niż dla magnesów trwałych. Mówi o tym reguła prawej ręki. Wystarczy prawą dłonią objąć przewodnik tak, aby wyprostowany kciuk wskazywał umowny kierunek płynięcia prądu (od „+” do „-” ), to pozostałe zakrzywione palce wskażą zwrot linii pola magnetycznego.

Reguła prawej dłoni

bibliografia www.wikipedia.pl http://pl.wikipedia.org/wiki/Pole_magnetyczne http://pl.wikipedia.org/wiki/Magnetyzm http://www.fizyka.net.pl/Magnetyzm Google/grafika