Исследовательская работы "Тайны магнита"

Исследовательская работа «Тайны магнита»

Шенцев Макар,

МБОУ «ООШ№22»

 г. Старый Оскол

Недавно у меня появились магниты, с которым очень интересно играть, притягивать к ним разные предметы. Я заметил, что магнит действует не на все предметы одинаково, а почему это происходит, не знал.

Мне стало интересно узнать, какие тайны хранит в себе магнит, какая сила притягивает предметы к магниту. Так же захотелось выяснить, как люди используют магниты в своей жизни.  

Цель: узнать  природу свойств магнитной силы.

Задачи:

1. Выяснить, что такое магнит и магнитная сила.

        2. Изучить свойства магнита и способность воздействия на другие предметы.

1. Выяснить, каким образом люди используют магниты в жизни.
2. Сделать вывод по результатам работы.

Объект изучения – магнит.

Предмет изучения – свойства магнитов.

Гипотеза:

 - может быть, магнит обладает волшебной силой притягивания предметов;

  - допустим, что способность притягивать предметы это природное явление.

Методы исследования: наблюдение, опыт, измерение, изучение литературы, сравнение.

Так, что же такое магнит? В поисках ответа на этот вопрос я  обращался к различным книгам: «Занимательная физика», журнал «Наука и жизнь», «Энциклопедия для детей», «Большая книга экспериментов для школьников». И вот что я узнал.

Магнит – это тело, способное притягивать железо, сталь, никель и некоторые другие металлы.    

Оказывается, более 2000 лет тому назад, древние греки узнали  о существовании магнетита – минерала, который в состоянии притягивать железо. Магнетит назвали так в честь древнего турецкого города Магнесия (теперь это турецкий город Маниза), где этот минерал нашли. Кусочки магнетита называют естественными магнитами.

Магниты бывают естественными и искусственными. Естественные магниты вытачивают из кусков магнитного железняка. Самый крупный известный естественный магнит находится в Тартусском университете. Его масса 13 кг, а подъемная сила 40 кг.

Искусственные магниты стали изготовлять в Англии XVIII веке методом натирания. 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.

В разных странах магнит называли по-разному. Но все эти названия переводятся как «любящий железо».            

Магнитная сила – сила, с которой предметы притягиваются к магниту. 

Так от чего же зависит сила магнита?

Чтобы это узнать я проделал следующий опыт:

Я взял три магнита разной формы (подкова, круг, брусок)  и разного размера.

Металлические предметы (гвоздики, монеты, скрепки) разложил в пластиковые тарелки, разделив по группам.

Далее подносил по очереди магниты к разным тарелкам и считал, сколько однотипных предметов сможет поднять каждый магнит.

Результаты опыта представлены в таблице:

    В результате было установлено, что один магнит поднимает больше предметов, чем другие.

Вывод:

Форма и размер магнита влияет на его силу. Подковообразные магниты сильнее прямоугольных, те, в свою очередь, сильнее, чем круглые. Среди магнитов, имеющих одну форму, сильнее будет магнит большего размера.

Далее меня заинтересовал вопрос, всё ли притягивают магниты?

Это я выяснил в результате проведения следующего опыта:

Я взял предметы из железа, никеля, стали, золота, серебра и алюминия.

   Поднёс магнит по очереди ко всем предметам.Затем поднёс магнит к поверхности холодильника, шкафа, стене, оконному стеклу.

В результате установил, что некоторые металлические предметы притягиваются к магниту, а некоторые не испытывают его притяжения. Предметы из золота, серебра и алюминия, так же как стекло и пластмасса не реагируют на магнит. К железной поверхности больших размеров магнит притягивается сам, будучи более легким.

Дело в металлах, из которых сделаны предметы. Все тела вокруг нас отличаются по своим магнитным свойствам. Представьте себе, что внутри каждого вещества «сидит» множество крохотных магнитиков. В тех веществах, где эти малютки-магнитики «дисциплинированны и воспитаны», выстраиваются, как полк солдат на параде, эти предметы магнитятся. Еще их называют ферромагнетиками. В других же веществах малюсенькие магнитики «непослушные», упрямо не хотят выстраиваться, смотрят в разные стороны, кто лицом друг к другу повернётся, кто спиной, кто боком, сплошной беспорядок. Предметы из таких веществ не притягиваются к магниту.

   Вывод:

Магниты обладают способностью притягивать предметы из железа или стали, никеля и некоторых других металлов. Предметы из золота, серебра и алюминия, так же как стекло и пластмасса не реагируют на магнит.

Может ли магнитная сила проходить сквозь предметы?

Для того, что бы это проверить я взял газетный лист, фольгу, ткань, махровое полотенце и несколько скрепок.

Далее по очереди оборачивал магнит в газетный лист, фольгу, ткань, махровое полотенце и наблюдал, притягивал ли он скрепки или нет.

   Вывод:

В результате установил, что магнит притягивает предмет через тонкий слой материала, но перестает притягивать, когда слой материала достигает определенной толщины.

Меня заинтересовало, может ли магнитная сила действовать сквозь воду?

Для проведения опыта мне потребовались: магнит, стеклянный кувшин, скрепка, вода.

В кувшин с водой я бросил скрепку. Прислонил магнит к стенке кувшина на уровне скрепки. И после того, как она приблизилась к стенке кувшина, медленно двигал магнит по стенке вверх. Скрепка перемещалась вместе с магнитом и поднялась вверх вместе с магнитом, пока не поднялась на поверхность воды. Таким образом, ее можно легко достать, не замочив рук.

   Вывод:

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.

    Пространство вокруг магнита, где действуют магнитные силы, называют магнитным полем.

К сожалению, мы магнитное поле не ощущаем и не видим. И все-таки мы можем сделать его видимым, приложив некоторые старания. Лучше всего сделать это с помощью мелких железных опилок. Для этого необходимо насыпать железные опилки тонким ровным слоем на лист плотной бумаги, например, картона. Затем, подвести под картон обыкновенный магнит и постучать слегка по месту пальцем. Магнитные силы свободно проходят сквозь картон. Смотрите, какие картинки получились!  

   В результате можно увидеть, что большая часть опилок собралась по концам магнита, которые называются полюсами, а меньшая расположилась вдоль всего магнита.

  Металлические опилки располагаются вокруг магнита по линиям, которые показывают нам зону активности магнита. Эта зона и называется магнитным полем.  

 А что касается окраски магнитов в красно-синий цвет - то это не просто так. Между прочим, у любого магнита два полюса: северный и южный, названные так по географическим полюсам Земли, на которые они указывают. Так вот, северный полюс всегда окрашен в красный цвет, а южный - в синий.      

Магниты могут не только притягиваться, но и отталкиваться, что видно из следующего эксперимента.

    Возьмем игрушечный автомобиль, приклеим к нему скотчем прямоугольный магнит.  Другой магнит будем подносить к нему разными полюсами. Когда мы будем сближать одноименные полюса магнита,  автомобиль будет ехать вперед; когда разноименные – назад. Это происходит потому, что полюсы каждого магнита имеют противоположные знаки (положительный и отрицательный).  Полюсы противоположных знаков притягиваются; одинаковых – отталкиваются.

       Вывод:

  Одноименные полюсы магнита отталкиваются, а  разноименные полюсы притягиваются. Их взаимодействие происходит на расстоянии  и с определенной силой.

      Именно это свойство магнитов инженеры использовали для создания монорельсовой железной дороги. Внутри поезда и на рельсе закреплены  магниты. Одноименные полюса обращены друг к другу. Поезд практически парит над рельсами.

    Читая познавательную литературу, я узнал, что свойства магнита так же используются в  компасе, приборе для определения сторон света.  Первыми использовали для определения сторон света китайцы. Дощечку с куском магнита они пускали плавать и замечали ее направление. Первый компас появился в Европе в1200 году.

   Для того, что бы это проверить я наполнила тазик водой, и опустил в нее тарелку с прикрепленном в нее магнитом. Потом раскрутил тарелку и подождал когда она остановится.

После остановки тарелки поставил на краях тазика соответствующего цвета отметки. Снова раскрутил тарелку и понаблюдал. В результате тарелка становилась, и полюса совпали со сделанными мной отметками.

Я сравнил положение плавающего магнита и направление стрелки компаса. Красный полюс магнита и стрелка компаса показывают на север. Это происходит по тому, что магнитная сила Земли заставляет все свободно движущиеся магниты  ориентировать свои полюсы  один на Северный полюс, другой на Южный полюс.

Из литературы я узнал, что это явление называется земной магнетизм. Земля ведет себя как большой магнит: у нее есть свое магнитное поле, которое ориентирует стрелку компаса по направлению своих полюсов.   Считается, что это явление вызвано железом и никелем во внутреннем ядре Земли, которое вращается вместе с земным шаром. Линии магнитного поля идут от одного полюса к другому. Стрелка компаса ориентируется по этим линиям

Учёные, изучая магниты, пытались дробить их на мельчайшие части, чтобы разъединить полюса. Только у них ничегошеньки не вышло.

Докажем это с помощью опыта.

Я взял иголку и положил ее на железные опилки. Ничего особенного не произошло. Затем прикоснулся иголкой к  магниту и опять положить её на железные опилки.

Крупинки железа сразу же прилипли к ней! Выходит, стоило только иголке «пообщаться» с магнитом, как она и сама стала магнитом.

Попытаемся «отделить» северный полюс от южного. Для этого переломим иголку посредине. А теперь положим обе половинки на железные опилки. И у той, и у другой, как ни в чем не бывало, притягивают оба конца! Значит, иголка мгновенно отрастила себе новые полюса!

Оказывается, магниты даже ящериц перещеголяли: ящерица отращивает только хвост, да и то ей нужно на это время, а магнит восстанавливает взамен утраченного любой полюс, с какого угодно конца, и, притом, мгновенно!

Но вот что интересно: оказывается, крошечные магнитики – их называют доменами – есть даже в ненамагниченном железе!

 А почему же оно никак не проявляет своих магнитных свойств, хотя прямо-таки «набито» магнитиками-доменами?

Может быть потому, что пока железо не намагнитили, его домены располагаются «кто в лес, кто по дрова». А вот когда железо намагничивают, все его домены поворачиваются, словно миниатюрные магнитные стрелочки, и начинают смотреть своими северными полюсами в одну сторону, южными в другую.

Теперь стало понятно, как намагничивается иголка – она ведь железная! Стоило прикоснуться иголкой к магниту, как все ее домены повернулись в одну сторону, словно по команде «Р-р-ав-няйсь!!!». Да так и остались. И превратились в магнит! И будут оставаться магнитом, пока что-нибудь не нарушит строй магнитиков-доменов.

Меня заинтересовал вопрос: можно ли размагнитить магнит?

Может ли что-то нарушить ровный строй магнитиков – доменов?

Нарушить ровный строй магнитиков – доменов может  огонь или другой магнит, под действие которого попал наш магнит.

Если нагреть намагниченную иголку так, чтобы она раскалилась, а потом дать остыть и снова попробовать опустить в железные опилки. Концы иголки больше не будут притягивать. Иголка размагнитилась. Почему?

Известно, что все на свете вещества состоят из крошечных частичек – атомов. Разумеется, из атомов состоит и железо. Причем атомы железа в домене подчинены такой же «железной дисциплине», как и сами домены в магните. Но тем не менее атомы непрерывно колеблются, слегка «приплясывают» на месте. Чем сильнее нагрето тело, тем быстрее и беспорядочнее это приплясывание.

Понятно, что при накаливании иголки  «железная дисциплина» атомов в доменах нарушилась – домены исчезли, а вместе с ними исчезла и намагниченность.

Если  намагниченную иголку поместить в зону действия другого соизмеримого с ней магнита, магнитные силовые линии которого направлены в другую сторону, то нарушается ровный строй доменов. Они не знают  по чьим силовым магнитным линиям выстраиваться. Происходит искажение собственного магнитного поля.

       Вывод:

Размагнитить  магнит может огонь или другой магнит. Они нарушают ровный строй магнитиков-доменов, поэтому искажается собственное магнитное поле.

Каждый может сделать магнит у себя дома.

   1. Для этого надо взять длинный железный гвоздь и положить его вдоль направления, указанного компасом, то есть прямо по линии север - юг. Придётся подождать несколько дней, и гвоздь начнёт проявлять магнитные свойства - стальные скрепки и кнопки притягивать.

 2.Магнит можно сделать и по-другому. Не надо ждать так долго, сделать это можно намного быстрее. Для  этого понадобятся гвоздь, проволока и батарейка.

  Нужно намотать проволоку на гвоздь, соединить ее концы с батарейкой и магнит готов – это электрический магнит. Такого рода магниты применяется на заводах.

Применение магнитов в жизни людей

Магнит был хорошо известен древним людям и магнитные свойства уже тогда ими использовались. Магнитный камень применяли для ориентирования, 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 бродячие фокусники 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. Их секрет заключался в том, что кольца эти были сделаны из магнита.

Магниты окружают нас постоянно. Я заметил, 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. Есть магнитные игры, например, магнитные пазлы, магнитный футбол.

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. Главная часть электрического магнита — железная катушка из провода. Пустят по проводу ток — и катушка становится магнитом. В катушке электромагнита намотано много витков провода. Но если взять всего один виток и пропустить по нему ток, получится тоже электромагнит, только слабый, такой как у нас. Самые крупные электромагниты весят более 7000 тонн.

Заключение.

В ходе выполнения этой работы я узнал:

1) Форма и размер магнита влияет на его силу.

2) Магниты обладают способностью притягивать предметы из железа или стали, никеля и некоторых других металлов.

3) Магнитная сила может проходить через предметы или вещества.

4) Магниты могут не только притягиваться, но и отталкиваться.

5) Земля ведет себя как большой магнит.

6)Свойства магнитов люди использовали с древних времен, но особенно широко эти свойства  используются в наши дни.

    Таким образом, подтвердилась вторая моя гипотеза, что  способность магнита притягивать предметы это не волшебство, а природное явление.