Каждый держал в руках магнит и забавлялся им в детстве. Магниты могут быть самыми разными по форме, размерам, но все магниты имеют общее свойство - они притягивают железо. Похоже, что они и сами сделаны из железа, во всяком случае, из какого-то металла точно. Есть, однако, и «черные магниты» или «камни», они тоже сильно притягивают железки, и особенно друг друга.

Но на металл они не похожи, легко бьются, как стеклянные. В хозяйстве магнитам находится множество полезных дел, например, удобно с их помощью «пришпиливать» бумажные листы к железным поверхностям. Магнитом удобно собирать потерянные иголки, так что, как мы видим, это совсем небесполезная вещь.

Наука 2.0 - Большой скачок - Магниты

Магнит в прошлом

Ещё древние китайцы более 2000 лет назад знали о магнитах, по крайней мере то, что это явление можно использовать для выбора направления при путешествиях. То есть придумали компас. Философы в древней Греции, люди любопытные, собирая различные удивительные факты, столкнулись с магнитами в окрестностях города Магнесса в Малой Азии. Там и обнаружили странные камни, которые могли притягивать железо. По тем временам, это было не менее удивительным, чем могли бы стать в наше время инопланетяне.

Еще более удивительным казалось, что магниты притягивают далеко не все металлы, а только железо, и само железо способно становиться магнитом, хотя и не таким сильным. Можно сказать, что магнит притягивал не только железо, но и любопытство ученых, и сильно двигал вперед такую науку, как физика. Фалес из Милета писал о «душе магнита», а римлянин Тит Лукреций Кар – о «бушующем движении железных опилок и колец», в своем сочинении «О природе вещей». Уже он мог заметить наличие двух полюсов у магнита, которые потом, когда компасом начали пользоваться моряки, получили названия в честь сторон света.

Что такое магнит. Простыми словами. Магнитное поле

За магнит взялись всерьез

Природу магнитов долгое время не могли объяснить. С помощью магнитов открывали новые континенты (моряки до сих пор относятся к компасу с огромным уважением), но о самой природе магнетизма по прежнему никто ничего не знал. Работы велись только по усовершенствованию компаса, чем занимался еще географ и мореплаватель Христофор Колумб.

В 1820 году датский ученый Ганс Христиан Эрстед сделал важнейшее открытие. Он установил действие провода с электрическим током на магнитную стрелку, и как ученый, выяснил опытами как это происходит в разных условиях. В том же году французский физик Анри Ампер выступил с гипотезой об элементарных круговых токах, протекающих в молекулах магнитного вещества. В 1831-ом году англичанин Майкл Фарадей с помощью катушки из изолированного провода и магнита проводит опыты, показывающие, что механическую работу можно превратить в электрический ток. Он же устанавливает закон электромагнитной индукции и вводит в обращение понятие «магнитное поле».

Закон Фарадея устанавливает правило: для замкнутого контура электродвижущая сила равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через этот контур. На этом принципе работают все электрические машины - генераторы, электродвигатели, трансформаторы.

В 1873 году шотландский ученый Джеймс К. Максвелл сводит магнитные и электрические явления в одну теорию, классическую электродинамику.

Вещества, способные намагничиваться, получили название ферромагнетиков. Это название связывает магниты с железом, но кроме него, способность к намагничиванию обнаруживается еще у никеля, кобальта, и некоторых других металлов. Поскольку магнитное поле уже перешло в область практического использования, то и магнитные материалы стали предметом большого внимания.

Начались эксперименты со сплавами из магнитных металлов и различными добавками в них. Стоили получаемые материалы очень дорого, и если бы Вернеру Сименсу не пришла в голову идея заменить магнит сталью, намагничиваемой сравнительно небольшим током, то мир так бы и не увидел электрического трамвая и компании Siemens. Сименс занимался еще телеграфными аппаратами, но тут у него было много конкурентов, а электрический трамвай дал фирме много денег, и в конечном счете, потянул за собой все остальное.

Электромагнитная индукция

Основные величины, связанные с магнитами в технике

Мы будем интересоваться в основном магнитами, то есть ферромагнетиками, и оставим немного в стороне остальную, очень обширную область магнитных (лучше сказать, электромагнитных, в память о Максвелле) явлений. Единицами измерений у нас будут те, которые приняты в СИ (килограмм, метр, секунда, ампер) и их производные:

l Напряженность поля , H, А/м (ампер на метр).

Эта величина характеризует напряженность поля между параллельными проводниками, расстояние между которыми 1 м, и протекающий по ним ток 1 А. Напряженность поля является векторной величиной.

l Магнитная индукция , B, Тесла, плотность магнитного потока (Вебер/м.кв.)

Эта отношение тока через проводник к длине окружности, на том радиусе, на котором нас интересует величина индукции. Окружность лежит в плоскости, которую провод пересекает перпендикулярно. Сюда входит еще множитель, называемый магнитной проницаемостью. Это векторная величина. Если мысленно смотреть в торец провода и считать, что ток течет в направлении от нас, то магнитные силовые окружности «вращаются» по часовой стрелке, а вектор индукции приложен к касательной и совпадает с ними по направлению.

l Магнитная проницаемость , μ (относительная величина)

Если принять магнитную проницаемость вакуума за 1, то для остальных материалов мы получим соответствующие величины. Так, например, для воздуха мы получим величину, практически такую же как и для вакуума. Для железа мы получим существенно большие величины, так что можно образно (и весьма точно) говорить, что железо «втягивает» в себя силовые магнитные линии. Если напряженность поля в катушке без сердечника будет равняться H, то с сердечником мы получаем μH.

l Коэрцитивная сила , А/м.

Коэрцитивная сила показывает, насколько магнитный материал сопротивляется размагничиванию и перемагничиванию. Если ток в катушке совсем убрать, то в сердечнике будет остаточная индукция. Чтобы сделать ее равной нулю, нужно создать поле некоторой напряженности, но обратной, то есть пустить ток в обратном направлении. Эта напряженность и называется коэрцитивной силой.

Поскольку магниты на практике всегда используются в какой-то связи с электричеством, то не стоит удивляться тому, что для описания их свойств используется такая электрическая величина, как ампер.

Из сказанного следует возможность, например, гвоздю, на который подействовали магнитом, самому стать магнитом, хотя и более слабым. На практике выходит, что даже дети, забавляющиеся магнитами, об этом знают.

К магнитам в технике предъявляют разные требования, в зависимости от того, куда идут эти материалы. Ферромагнитные материалы делятся на «мягкие» и «жесткие». Первые идут на изготовление сердечников для приборов, где магнитный поток постоянный или переменный. Хорошего самостоятельного магнита из мягких материалов не сделаешь. Они слишком легко размагничиваются и здесь это как раз их ценное свойство, поскольку реле должно «отпустить» если ток выключен, а электрический мотор не должен греться - на перемагничивание расходуется лишняя энергия, которая выделяется в форме тепла.

КАК ВЫГЛЯДИТ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ НА САМОМ ДЕЛЕ? Игорь Белецкий

Постоянные магниты, то есть те, которые магнитами и называют, требуют для своего изготовления жестких материалов. Жесткость имеется в виду магнитная, то есть большая остаточная индукция и большая коэрцитивная сила, поскольку, как мы видели, эти величины тесно связаны между собой. На такие магниты идут углеродистые, вольфрамовые, хромистые и кобальтовые стали. Их коэрцитивная сила достигает значений около 6500 А/м.

Есть особые сплавы, которые называются альни, альниси, альнико и множество других, как можно догадаться в них входят алюминий, никель, кремний, кобальт в разных сочетаниях, которые обладают большей коэрцитивной силой - до 20000…60000 А/м. Такой магнит не так-то просто оторвать от железа.

Есть магниты, специально предназначенные для работы на повышенной частоте. Это многим известный «круглый магнит». Его «добывают» из негодного динамика из колонки музыкального центра, или автомагнитолы или даже телевизора прошлых лет. Этот магнит изготовлен путем спекания окислов железа и специальных добавок. Такой материал называется ферритом, но не каждый феррит специально так намагничивается. А в динамиках его применяют из соображений уменьшения бесполезных потерь.

Магниты. Discovery. Как это работает?

Что происходит внутри магнита?

Благодаря тому, что атомы вещества являются своеобразными «сгустками» электричества, они могут создавать свое магнитное поле, но только у некоторых металлов, имеющих сходное атомное строение, эта способность выражена очень сильно. И железо, и кобальт, и никель стоят в периодической системе Менделеева рядом, и имеют похожие строения электронных оболочек, которое превращает атомы этих элементов в микроскопические магниты.

Поскольку металлы можно назвать застывшей смесью различных кристаллов очень маленького размера, то понятно, что магнитных свойств у таких сплавов может быть очень много. Многие группы атомов могут «разворачивать» свои собственные магниты под влиянием соседей и внешних полей. Такие «сообщества» называются магнитными доменами, и образуют весьма причудливые структуры, которые до сих пор с интересом изучаются физиками. Это имеет большое практическое значение.

Как уже говорилось, магниты могут иметь почти атомные размеры, поэтому наименьший размер магнитного домена ограничивается размером кристалла, в который встроены атомы магнитного металла. Этим объясняется, например, почти фантастическая плотность записи на современные жесткие диски компьютеров, которая, видимо, еще будет расти, пока у дисков не появятся конкуренты посерьезнее.

Гравитация, магнетизм и электричество

Где применяются магниты?

Сердечники которых являются магнитами из магнитов, хотя обычно их называют просто сердечниками, магниты находят еще множество применений. Есть канцелярские магниты, магниты для защелкивания мебельных дверей, магниты в шахматах для путешественников. Это известные всем магниты.

К более редким видам относятся магниты для ускорителей заряженных частиц, это очень внушительные сооружения, которые могут весить десятки тонн и больше. Хотя сейчас экспериментальная физика поросла травой, за исключением той части, которая тут же приносит сверхприбыли на рынке, а сама почти ничего не стоит.

Еще один любопытный магнит установлен в медицинском навороченном приборе, который называется магнитно-резонансным томографом. (Вообще-то метод называется ЯМР, ядерный магнитный резонанс, но чтобы не пугать народ, который в массе не силен в физике, его переименовали.) Для прибора требуется помещение наблюдаемого объекта (пациента) в сильное магнитное поле, и соответствующий магнит имеет устрашающие размеры и форму дьявольского гроба.

Человека кладут на кушетку, и прокатывают через тоннель в этом магните, пока датчики сканируют место, интересующее врачей. В общем, ничего страшного, но у некоторых клаустрофобия доходит до степени паники. Такие охотно дадут себя резать живьем, но не согласятся на обследование МРТ. Впрочем, кто знает, как человек чувствует себя в необычно сильном магнитном поле с индукцией до 3 Тесла, после того, как заплатил за это хорошие деньги.

Чтобы получить такое сильное поле, часто используют сверхпроводимость, охлаждая катушку магнита жидким водородом. Это дает возможность «накачивать» поле без опасений, что нагрев проводов сильным током ограничит возможности магнита. Это совсем недешевая установка. Но магниты из специальных сплавов, которые не требуют подмагничивания током, стоят значительно дороже.

Наша Земля тоже является большим, хотя и не очень сильным магнитом. Он помогает не только владельцам магнитного компаса, но и спасает нас от гибели. Без него мы были бы убиты солнечной радиацией. Картина магнитного поля Земли, смоделированная компьютерами по данным наблюдений из космоса выглядит очень внушительно.

Вот небольшой ответ на вопрос, о том, что такое магнит в физике и технике.

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Мои любимые игры - это разные виды конструктора. На день рождения в 1 классе мне подарили магнитный конструктор. Нам с младшим братом Никитой очень нравится играть в него. Однажды мы строили замки и использовали для этого конструктор и разные предметы, и вдруг я увидел, что Никита расстроен тем, что монета, которой он украсил башенку, не магнитится и падает. Мне стало интересно, почему так происходит. Раньше я считал, что магнит притягивает все металлическое. Мама предложила мне изучить этот вопрос подробнее. Так и появилась тема нашей исследовательской работы.

Цель нашей работы: выявить основные свойства магнита.

Задачи:

Мы выдвинули следующую гипотезу:

если мы будем знать свойства магнита, то область его применения расширится.

Объект изучения : магнит.

Предмет изучения: свойства магнита.

Методы: теоретический, опытно-экспериментальный.

Практическая значимость: данную работу можно использовать для объяснения свойств магнита, практически изготовленные игры можно использовать для развития внимания, воображения, мышления, мелкой моторики.

Актуальность выбранной темы заключается в том, что в процессе экспериментирования мы познали некоторые особенности окружающего мира. Полученная информация в дальнейшем может пригодиться мне в конструировании, при изучении физики в средней школе, изготовленные игры мы используем для развлечения.

1.Теоретическая часть.

1.1. Что такое «магнит».

Слово «магнит» всем известно с детства. Мы привыкли к магниту и порой даже не подозреваем, сколько магнитов вокруг нас. В наших квартирах десятки магнитов: в колонках, магнитофонах, в часах, в пластиковых картах. Сами мы - тоже магниты: биотоки, текущие в нас, рождают вокруг нас причудливый узор магнитных силовых линий. Земля, на которой мы живём, - это гигантский магнит.

Магнит - это тело, обладающее магнитным полем. Магнитная сила - сила, с которой предметы притягиваются к магниту. В природе магниты встречаются в виде кусков камня - магнитного железняка (магнетита). Он может притягивать к себе другие такие же камни. На многих языках мира слово «магнит» значит просто «любящий» - так сказано о его способности притягивать к себе.

Магниты бывают естественными и искусственными. Естественные магниты вытачивают из кусков магнитного железняка. Искусственные магниты 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. Тела, длительное время сохраняющие намагниченность, называются постоянными магнитами.

Самые интересные факты о магнитах:

по мнению ученых, птицы - это единственные в мире существа, которые могут видеть и чувствовать магнитные поля Земли. Именно эта способность помогает им не сбиться с дороги при поиске дома на больших расстояниях полета.

Земля представляет собой гигантский магнит, который удерживает все вокруг на ней и создает силу притяжения. Стрелки компаса ориентируются по магнитному полю земли.

в ноябре 1954 года Джон Уитли получил патент на идею использовать магнит как держатель легоньких предметов, таких как заметки, записки, бумага на холодильниках и прочих металлических поверхностях.

идею по использованию магнита на холодильнике первым придумал Вильям Циммерман в ранних 1970-х годах. Вильям Циммерман получил патент на небольшие мультипликационные цветные магниты, которые могут быть использованы как для удобства, так и в качестве элементов декораций.

ныне известное хобби «коллекционирования магнитов» - отчасти творение бытовых прагматиков. Изначально магниты приобрели популярность в том, что использовались для того, чтобы скрыть царапины и дефекты на бытовой технике, а также для крепления различных заметок и напоминаний.

по данным опросов «РОМИР Мониторинг», проведенных в 2007 году, 86% опрошенных украшают свой холодильник тем или иным способом. Из них 78% имеют некоторую коллекцию магнитов.

мировой рекорд по количеству магнитов на холодильник принадлежит Луизе Гринфарб, проживающей в Хендерсоне, штат Невада, США. На сегодняшний день у Луизы в коллекции имеется более 40000 магнитов. Луиза называет себя «магнитная леди».

существует музей Гиннеса в Голливуде, в котором представлены более 7000 магнитов (часть коллекции Луизы Гринфарб).

1. 1.2. История открытия и изучения магнитов.

Существует одна старинная легенда про магнит , она гласит о пастухе по имени Магнус. Он обнаружил однажды, что железный наконечник его палки и гвозди сапог притягиваются к чёрному камню. Этот камень стали называть «камнем Магнуса» или просто «магнитом», по названию местности, где добывали железную руду (холмы Магнезии в Малой Азии). Таким образом, за много веков до нашей эры было известно, что некоторые каменные породы обладают свойством притягивать куски железа.

На самом деле, более двух тысяч лет тому назад древние греки узнали о существовании магнетита - минерала, который в состоянии притягивать железо. Магнетит обязан своим названием древнему турецкому городу Магнесия, где этот минерал нашли древние греки. Сейчас этот город называется Маниза, и там до сих пор встречаются магнитные камни. Кусочки найденных камней называют магнитами или природными (естественными) магнитами. Со временем люди научились сами изготавливать магниты, намагничивая куски железа.

В России магнитную руду нашли на Урале. Более 300 лет назад местные охотники удивлялись, что подковы лошадей притягиваются к земле и считали это место проклятым. А в 1720 году началась добыча железной руды из горы Магнит.

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

Слово «магнит» происходит от названия провинции Магнезия (в Греции), жителей которой звали магнетами. Так утверждал Тит Лукреций Кар в своей поэме «О природе вещей». О магните в той или иной связи писали до нашей эры Пифагор, Гиппократ, Платон, Эпикур, Аристотель, Лукреций.

В 1269 г. Пьер Перегрин из Марикурта написал книгу «Письма о магните», в которой собрал много сведений о магните, накопившихся до него и открытых им лично. Перегрин впервые говорит о полюсах магнитов, о притяжении разноименных полюсов и отталкивании одноименных, об изготовлении искусственных магнитов путем натирания железа естественным природным магнитом, о проникновении магнитных сил через стекло и воду, о компасе.

В 1600 г. вышла книга «О магните, магнитных телах и о большом магните - Земле. Новая физиология, доказанная множеством аргументов и опытов» английского врача Вильяма Гильберта из Колчестера. Гилберт открыл, что при нагревании магнита выше некоторой температуры его магнитные свойства исчезают, что, когда приближают к одному полюсу магнита кусок железа, другой полюс начинает притягивать сильнее. Гильберт также открыл, что предметы из мягкого железа, в течение долгого времени лежащие неподвижно, приобретают намагниченность в направлении север - юг. Процесс намагничивания ускоряется, если по железу постукивать молотком.

1.3. Область применения магнитов.

Магниты окружают нас постоянно. Мы заметили, 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, дверях, чехлах для телефонов.

Представители различных наук учитывают магнитные поля в своих исследованиях: физик измеряет магнитные поля атомов и элементарных частиц, астроном изучает роль космических полей в процессе формирования новых звезд, геолог по аномалиям магнитного поля Земли отыскивает залежи магнитных руд.

Магниты широко используются в секторе здравоохранения. Как местное наружное средство и в качестве амулета магнит пользовался большим успехом у китайцев, индусов, египтян, арабов, греков, римлян и т.д. О его лечебных свойствах упоминают в своих трудах философ Аристотель и историк Плиний. Во второй половине XX века широко распространились магнитные браслеты, благотворно влияющие на больных с нарушением кровяного давления (гипертония и гипотония).

Существуют электромагнитные измерители скорости движения крови, миниатюрные капсулы, которые с помощью внешних магнитных полей можно перемещать по кровеносным сосудам, чтобы расширять их, брать пробы на определённых участках пути или, наоборот, локально выводить из капсул различные медикаменты. Широко распространен магнитный метод удаления металлических частиц из глаза.

Магниты также широко используются в магнитной терапии, включая магнитные пояса, массажеры, матрасы и т.д. Медицинские учреждения используют методы магнитного резонанса для сканирования различных органов в организме.

Кроме постоянных магнитов используются и электромагниты. Их также применяют для широкого спектра проблем в науке, технике, электронике, медицине (нервные заболевания, заболевания сосудов конечностей, сердечно-сосудистые заболеваниях т.д.).

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.

Раньше использовали только естественные магниты - кусочки магнетита, сейчас большинство магнитов - искусственные. А самые сильные их них - электромагниты, которые используют на предприятиях. Они используются в таком промышленном оборудовании как сепараторы, железоотделители, конвейеры и сварочные устройства.

Кредитные, дебетовые, банковские карты имеют магнитные полоски, с одной стороны, осуществляют доступ к информации о личности, к его счету, к открытию магнитного замка и т.п.

В цилиндровых замках некоторых моделей применяются магнитные элементы. Замок и ключ снабжены ответными кодовыми наборами постоянных магнитов. Когда в замочную скважину вставляется правильный ключ, он притягивает и устанавливает в нужное положение внутренние магнитные элементы замка, что и позволяет открыть замок.

Магниты используются в динамиках, жестких дисках, а также в акустических системах, громкоговорителях и микрофонах. Двигатели и генераторы также работают с использованием магнитов. Бытовая техника, телефоны, телевидение, холодильники, насосы для воды и т.д. - также используют магниты.

Магниты используются в ювелирных изделиях, таких как браслеты, серьги, кулоны и ожерелья.

Другие примеры использования магнитов - инструменты, игрушки, компасы, автомобильные спидометры и т.д. Магнит необходим для проведения тока по проводам. Поезда на магнитной подвеске развивают большую скорость.

Магниты также применяются в ветеринарной практике для лечения животных, которые часто вместе с кормом заглатывают металлические предметы. Эти предметы могут повредить стенки желудка, легкие или сердце животного. Поэтому перед кормлением фермеры с помощью магнита очищают пищу.

Еще любопытнее та полезная служба, которую несет магнит в сельском хозяйстве, помогая земледельцу очищать семена культурных растений от семян сорняков. Сорняки обладают ворсистыми семенами, цепляющимися за шерсть проходящих мимо животных и благодаря этому распространяющимися далеко от материнского растения. Этой особенностью сорняков, выработавшейся у них в течение миллионов лет борьбы за существование, воспользовалась сельскохозяйственная техника для того, чтобы отделить с помощью магнита шероховатые семена сорняков от гладких семян таких полезных растений, как лен, клевер, люцерна.

Если засоренные семена культурных растений обсыпать железным порошком, то крупинки железа плотно облепят семена сорняков, но не пристанут к гладким семенам полезных растений. Попадая затем в поле действия достаточно сильного электромагнита, смесь семян автоматически разделяется на чистые семена и на сорную примесь: магнит вылавливает из смеси все те семена, которые облеплены железными опилками.

Самый простой вывод, который можно сделать из выше сказанного - нет области прикладной деятельности человека, где бы ни применялись магниты.

2. Практическая часть.

2.1. Эксперимент «Существует ли магнитное поле?»

Оборудование: 2 магнита в виде подковы, металлические опилки, картон.

Ход эксперимента: Мы насыпали металлические опилки на лист картона и распределили их тонким ровным слоем, затем снизу, под листом картона приложили 2 магнита. Опилки стали менять свое местоположение в зависимости от того, где находились магниты.

Вывод: Магнитное поле не видимо, но оно существует.

2.2. Эксперимент «Как взаимодействуют магниты?»

Оборудование: 2 плоских магнита, 2 вагончика с магнитами.

Ход эксперимента: Мы подносили магниты друг к другу одноименными концами и разноименными. Аналогично пододвигали друг к другу вагончики с магнитами.

Вывод: Одноименные магниты отталкиваются, а разноименные - притягиваются.

2.3. Эксперимент «Каково воздействие магнитного поля на стрелку компаса?»

Оборудование: компас, плоский магнит.

Ход эксперимента: Мы понаблюдали за стрелкой компаса. В статичном состоянии она показывает одно и то же направление: север - юг. Затем мы поднесли к компасу магнит. Стрелка компаса притягивается магнитом и показывает на него.

Вывод: Магнитное поле воздействует на стрелку компаса. Стрелка компаса меняет свое направление и показывает на магнит.

2.4. Эксперимент «Все ли тела притягивают магниты?»

Оборудование: 2 магнита, неметаллические предметы: губка, пластмасс, бумага, картон, дерево, резина, ткань; металлические предметы: золото, серебро, железо; монеты разного достоинства: 5 копеек, 10 копеек, 50 копеек, 1 рубль, 2 рубля, 5 рублей, 10 рублей.

Ход эксперимента: Поочередно мы подносили магнит к каждому материалу и проверяли, притягивает ли его магнит.

Вывод: Магнит не притягивает неметаллические предметы, а металлические притягивает не все: магнит притягивает предметы из железа, а серебро и золото не притягивает. Магнит притянул монеты 5 копеек, 10 копеек, 2 рубля, 10 рублей, а монеты 50 копеек, 1 рубль, 5 рублей не притянул (См. Приложение 1).

2.5. Эксперимент «Зависит ли от площади поверхности магнита сила его притяжения?»

Оборудование: 2 магнита разного размера, металлические опилки, скрепки, гайки, болты.

Ход эксперимента: Сначала мы взяли металлические опилки и поднесли к ним 2 магнита: один диаметром 12мм, другой диаметром 18мм. Мы увидели, сколько металлических опилок притянул большой магнит, а сколько - маленький. Затем мы подносили эти 2 магнита поочередно к металлическим скрепкам, гайкам и болтам. Мы подсчитали, сколько предметов притянул каждый магнит (См. Приложение 2).

Вывод: магнит большего диаметра притягивает большее количество металлических предметов.

2.6. Эксперимент «Зависит ли сила притяжения от расстояния между телами?»

Оборудование: магниты разного размера, линейка, металлическая скрепка.

Ход эксперимента: Мы положили металлическую скрепку на линейку рядом с отметкой «0» и брали магниты разного размера, постепенно подносили их к скрепке, чтобы узнать, с одинакового ли расстояния они начнут ее притягивать. Маленький магнит притянул скрепку с расстояния 2мм, а большой с расстояния 7мм.

Вывод: Магниты притягивают даже на расстоянии. Чем больше магнит, тем больше сила притяжения и тем больше расстояние, на котором магнит оказывает свое воздействие.

2.7. Эксперимент «Может ли магнитная сила проходить через предметы?»

Оборудование: магнит, металлические скрепки, бумага, картон, ткань, стекло, пластмасса, дерево, стеклянный стакан, вода, металлические скрепки.

Ход эксперимента: Мы помещали металлические скрепки поочередно на бумагу, картон, ткань, стекло, пластмасс, дерево, а под материалом вели магнитом, чтобы проверить, действует ли магнитная сила через различные материалы. Затем мы налили в стакан воды. Мы опустили в воду скрепку и попробовали достать ее при помощи магнита. У нас это получилось.

Вывод: Магнитная сила может проходить через различные предметы, в частности через бумагу, картон, ткань, пластмассу, дерево, стекло, в частности стеклянный стакан с водой.

2.8. Изготовление магнитных игр.

Вторая часть моей практической работы по теме исследования - это изготовление собственных игр с применением магнитов. Таких игр уже существует множество. Например, у нас есть такие игры, как «Дартс», «Рыбалка», «Лабиринт», «Железная дорога», «Конструктор».

У меня появилось несколько идей по изготовлению игр. В своей работе я реализовал 3 идеи.

Игра «Цветочная полянка».

При помощи картона, цветной бумаги, цветных картинок, клея и магнитов я изготовил игру «Цветочная полянка». С помощью этой игры можно показывать маленьким детям, как бабочка перелетает с цветка на цветок, как божья коровка ползает по полянке. Эта игра развивает детское воображение, мелкую моторику.

Игра «Репка».

При помощи картона, цветной бумаги, цветных изображений героев, клея и магнитов я изготовил игру «Репка». Эта игра заключается в инсценировании сказки «Репка». При помощи магнитов, прикрепленных к героям, появилась возможность перемещать героев и показать эту сказку в движении. Игра развивает у детей пространственное воображение и внимание, мелкую моторику.

Игра «Гонки».

При помощи картона, красок, кисточки, фломастеров, клея, двух машинок и магнитов я изготовил игру «Гонки». В этой игре должно быть 2 участника. Каждому участнику дается гоночная машинка с магнитом и магнит. Обе машинки выставляются на старт и по команде, не трогая машинки руками, а только при помощи магнитов, двигающихся под гоночной трассой, участники ведут свои машинку к финишу. Эта игра развивает воображение, внимание, мышление и мелкую моторику.

Заключение.

Целью своей работы я ставил: выявить основные свойства магнита.

Задачи, при решении которых я достигал своей цели:

изучить литературу по данной теме;

экспериментальным путем выявить свойства магнита;

изготовить собственные игры при помощи магнитов.

Все поставленные цели и задачи мною достигнуты.

Я выдвигал следующую гипотезу:

если мы будем знать свойства магнита, то его область применения расширится.

Наша гипотеза подтвердилась.

Выполнив свою работу, мы сделали следующие выводы:

магнитное поле существует и его можно представить с помощью металлических опилок;

у магнита есть 2 полюса: северный и южный, и они взаимодействуют между собой;

магнит воздействует на стрелку компаса;

магнит не притягивает неметаллические предметы, а металлические притягивает не все;

магнит большего диаметра притягивает большее количество металлических предметов;

магнит большего диаметра имеет большую силу притяжения и на большем расстоянии оказывает свое воздействие;

магнитная сила может проходить через предметы и жидкость, однако при этом она ослабевает.

Наблюдая за различными предметами дома и в школе, я выяснил, что магниты широко используются и сейчас. Люди привыкли использовать силу магнита, с ее помощью работают многие приборы, игрушки.

Работа над исследованием оказалась очень интересной и увлекательной. Я думаю, что, выполняя исследовательский проект, я приобрел умения критически работать с полученной информацией, анализировать и сопоставлять имеющие факты, находить пути решения возникающих проблем. Все это мне необходимо будет для моего дальнейшего успешного продолжения образования.

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. 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.

Список использованных источников и литературы

Большая книга экспериментов для школьников / Под ред. Антонеллы Мейяни; Пер. с ит. Э.И. Мотылевой. - М.: ЗАО «РОСМЭН-ПРЕСС», 2006. - 260 с.

Занимательные опыты: Электричество и магнетизм./ М. Ди Специо; Пер. с англ. М. Заболотских, А. Расторгуева. - М.: АСТ: Астрель, 2005, - 160 с.: ил.

Мнеян М.Г. Новые профессии магнита: Кн. Для внекласс. чтения М.: Просвещение, 1985. - 144 с., ил. - (Мир знаний)

Пасынков В.В., Сорокин В.С. Практическое использование магнитов, М.: Высшая школа, 1986 - 252с.

Перельман Я.И.. Занимательная физика. В 2-х кн. Кн. 2 / Под ред. А.В. Митрофанова. - М.: Наука, 2001. - 272 с., ил.

Что? Зачем? Почему? Большая книга вопросов и ответов / Пер. К. Мишиной, А. Зыковой. - М.: Эксмо, 2007. - 512 с.: ил.

Я познаю мир: Детская энциклопедия: Физика / Сост. А.А. Леонович; Под общ. ред. О.Г. Хинн. - М.: ООО «Издательство АСТ-ЛТД», 2003. - 480 с.

Приложение 1.

Таблица 1 «Всё ли притягивают магниты?»

	Материал	Притягивает ли магнит
	пластмасса
	монета 5 коп
	монета 10 коп
	монета 50 коп
	монета 1 руб
	монета 2 руб
	монета 5 руб
	монета 10 руб

Приложение 2.

Таблица 2 «Зависит ли от площади поверхности магнита сила его притяжения?»

Где в древности были открыты залежи магнетита .

Простейшим и самым маленьким магнитом можно считать электрон . Магнитные свойства всех остальных магнитов обусловлены магнитными моментами электронов внутри них . С точки зрения квантовой теории поля электромагнитное взаимодействие переносится безмассовым бозоном - фотоном (частицей, которую можно представить как квантовое возбуждение электромагнитного поля).

Вебер - магнитный поток, при убывании которого до нуля в сцепленном с ним контуре сопротивлением 1 ом проходит количество электричества 1 кулон .

Генри - международная единица индуктивности и взаимной индукции. Если проводник обладает индуктивностью в 1 Гн и ток в нём равномерно изменяется на 1 А в секунду, то на его концах индуктируется ЭДС в 1 вольт. 1 генри = 1,00052 · 10 9 абсолютных электромагнитных единиц индуктивности.

Тесла - единица измерения индукции магнитного поля в СИ, численно равная индукции такого однородного магнитного поля, в котором на 1 метр длины прямого проводника, перпендикулярного вектору магнитной индукции, с током силой 1 ампер действует сила 1 ньютон.

Использование магнитов

• 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 жёстких 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 , дебетовые , и ATM карты - все эти карточки имеют магнитную полосу на одной стороне. Эта полоса кодирует информацию, необходимую для соединения с финансовым учреждением и связи с их счетами.
• Обычные телевизоры и компьютерные мониторы : телевизоры и компьютерные мониторы, содержащие электронно-лучевую трубку используют электромагнит для управления пучком электронов и формирования изображения на экране. Плазменные панели и ЖК-дисплеи используют другие технологии.
• 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.
• Другой пример использования магнитов в звукотехнике - в головке звукоснимателя электрофона и в кассетных диктофонах в качестве экономичной стирающей головки.

Магнитный сепаратор тяжёлых минералов

• 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.
• 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.
• Компасы : компас (или морской компас) является намагниченным указателем, который может свободно вращаться и ориентируется на направление 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.

Магниты часто используются в игрушках. M-TIC использует магнитные стержни, связанные с металлическими сферами

Магниты редкоземельных элементов яйцеобразной формы, которые притягиваются друг к другу

• 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 застёжку, или могут быть изготовлены полностью из серии связанных магнитов и чёрных 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 лишь сила аэродинамического сопротивления.
• Магниты используются в фиксаторах мебельных дверей.
• Если магниты поместить в губки, то эти губки можно использовать для мытья тонких листовых немагнитных материалов сразу с обеих сторон, причём одна сторона может быть труднодоступной. Это могут быть, например, стёкла аквариума или балкона.
• Магниты используются для передачи вращающего момента «сквозь» стенку, которой может являться, например, герметичный контейнер электродвигателя. Так была устроена игрушка ГДР «Подводная лодка». Таким же образом в бытовых счётчиках расхода воды передаётся вращение от лопаток датчика на счётный узел.
• Магниты совместно с герконом применяются в специальных датчиках положения. Например, в датчиках дверей холодильников и охранных сигнализаций.
• Магниты совместно с датчиком Холла используют 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 применяются в конструкциях бесконтактных тормозов состоящих из двух пластин, одна - магнит, а другая из алюминия. Одна из них жёстко закреплена на раме, другая вращается с валом. Торможение регулируется зазором между ними.

Игрушки из магнитов

• Uberorbs
• Магнитный конструктор
• Магнитная доска для рисования
• Магнитные буквы и цифры
• Магнитные шашки и шахматы

Медицина и вопросы безопасности

Из-за того, что человеческие ткани имеют очень низкий уровень восприимчивости к статическому магнитному полю , не существует научных доказательств его эффективности для использования в лечении любых заболеваний . По той же причине отсутствуют научные свидетельства опасности для здоровья человека, связанной с воздействием этого поля. Однако если ферромагнитное инородное тело находится в человеческих тканях, магнитное поле будет взаимодействовать с ним, что может представлять собой серьёзную опасность .

Намагничивание

Размагничивание

Иногда намагниченность материалов становится нежелательной и возникает необходимость в их размагничивании. Размагничивание материалов достигается различными способами:

• нагревание магнита выше температуры Кюри всегда ведёт к размагничиванию;
• поместить магнит в переменное магнитное поле, превышающее коэрцитивную силу материала, а затем постепенно уменьшать воздействие магнитного поля или вывести магнит из него.

Последний способ применяется в промышленности для размагничивания инструментов , жёстких дисков , стирания информации на магнитных карточках и так далее.

Частичное размагничивание материалов происходит в результате ударов, так как резкое механическое воздействие ведёт к разупорядочению доменов.

Примечания

Литература

• Савельев И. В. Курс общей физики. - М .: Наука , 1998. - Т. 3. - 336 с. - ISBN 9785020150003

См. также

	Портал «Физика »
	Магнит в Викисловаре
	в Викитеке

В советские годы все магниты имели почти одинаковый состав. Их изготавливали из ферромагнитных сплавов, где менялось процентное соотношение материалов. Но уже тогда велись научные изыскания по изобретению новых магнитов. Сегодня магнитное производство предлагает самые разные материалы, способные сохранять магнитное поле.

Из чего состоят разные виды магнитов

Сила и свойства магнитов зависят от их состава. Распространение получили следующие виды сплавов.

1. Ферриты
Это соединения оксида железа Fe2O3 с оксидами других металлов, обладающие ферромагнитными свойствами. Нашли применение в электронике, радиотехнике и прочих отраслях, где сила магнитного поля особой роли не играет. Это дешевые магниты, поэтому они используются в создании разнообразных устройств. Ферриты отличаются коррозийной стойкостью и средней температурной устойчивостью.

Ферритовые магниты устойчивы к ржавчине и высокой температуре

2. Сплавы Альнико
Представляют собой соединение железа со сплавом алюминия, никеля, меди и кобальта (AlNiCo). Магниты Альнико на основе этого сплава отличаются высокой магнитной силой и температурной устойчивостью, поэтому используются в условиях нагрева до 550 градусов по Цельсию. Однако не применяются повсеместно, поскольку отличаются высокой стоимостью. Такие сплавы незаменимы при создании других постоянных магнитов.

В школьных экспериментах обычно используют магнитные бруски и подковы из сплава Альнико

3. Неодимы
Это сплав редкоземельных металлов — неодима, бора и железа (NdFeB). Не имеют конкурентов по мощности и долговечности, так как могут удерживать предметы, тысячекратно превосходящие их по массе. Неодимовые магниты появляются в результате сложного производственного процесса, при котором используется вакуумное плавление, прессование, спекание и другие манипуляции. Единственный недостаток - плохая устойчивость к тепловому воздействию - при нагреве быстро теряют свои свойства. Если исключить тепловой удар, то служат такие магнитные элементы почти вечно - теряют не более 1% мощности за 100 лет.

Велосипед "выужен" поисковым магнитом. Поисковые магниты делают из неодима, у него максимальная грузоподъемность при минимальных размерах

4. Самарий-кобальт
Сплав двух редкоземельных металлов - кобальта и самария SmCo5 или Sm2Co17. Легируются и другими металлами - медью, цирконием, гадолинием и т.п. По мощности такие сплавы уступают неодимовым, но превосходят все остальные аналоги. Отличаются стойкостью к коррозии и температурному воздействию. Незаменимы при работе в сложных условиях, когда требуется надежность и безотказность работы. Находятся в той же ценовой категории, что и неодимовые сплавы.

Магниты SmCo5 слабее неодимовых, но мощнее остальных

5. Полимерные постоянные магниты
Производятся из композиционных материалов с включением магнитного (обычно феррит-бариевого) порошка. За основу берутся разнообразные полимерные компоненты. Магнитопласты имеют низкую магнитную силу, зато отличаются непревзойденной коррозионной стойкостью в той степени, в которой ею обладает и другие полимеры. Конечные свойства каждого полимерного магнита зависят от процентного содержания магнитной смеси. Если используется порошок редкоземельных магнитов (неодим-железо-бор, самарий-кобальт), то магнитопласт получается мощнее. Главное преимущество - невероятная пластичность, позволяющая выпускать магниты любой формы и размеров.

Магнитные параметры магнитопластов ниже, чем у спеченных магнитов

6. Магнитный винил
Являет собой смесь резины и магнитного порошка (ферритового). Процентного содержание последнего составляет 70-75% от массы. Чем больше этого порошка, тем выше магнитная сила изделия. Из преимуществ материала отличают износоустойчивость и огромный диапазон рабочих температур (от −300°C до +800°C). Магнитный винил устойчив к воздействию влаги и пластичен. За счет гибкости подходит для изготовления изделий любых конфигураций.

Тебе, конечно, знаком предмет, который здесь нарисован? Это магнит. Возьми такую «подкову», поднеси её к булавке или гвоздю, и они сами подпрыгнут навстречу.

Издавна считалось, что между магнитом и железными предметами существует какая-то непонятная привязанность. На некоторых языках магнит до сих пор называют «любящим камнем». Многие века показывали опыты с природными магнитами - кусками магнитной железной руды, но объяснить причину их «любви» ко всему железному никто не мог. Единственная польза, которую тогда приносил магнит,- из него делали компас: подвижная магнитная стрелка одним концом всегда указывает на север, другим - на юг (именно поэтому концы или полюсы магнита назвали северным и южным). На рисунке показано, как убедиться, что разноимённые полюсы магнитов притягиваются, а одноимённые отталкиваются, совсем так же, как и электрические заряды.

Изучая магнит, пытались делить его на части, чтобы разъединить полюсы. Но ничего не выходило. Любой, самый маленький кусочек всегда оказывался целым магнитом с двумя полюсами. Почему так получалось? Понять это помогло электричество.

Ты, может быть, видел в кино, как на заводе переносят стальные детали машин. Сверху опускается на цепях толстая круглая плита, к которой прилипает куча деталей. Затем плиту с деталями поднимают и переносят на нужное место.

Это - электромагнит. Главная его часть - 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. Ещё более слабые, совсем крошечные электромагнитики, оказывается, есть и в каждом .

Который вращается вокруг ядра,- это как бы ничтожный по размеру виток с током, а значит, малюсенький магнит с двумя полюсами. В атоме есть и другие заряженные частицы - протоны. Они тоже движутся и тоже образуют магнитики.

Но,- спросит каждый,- если магнитики есть в любом атоме, тогда все вещества должны быть магнитами, а не только железо.

Оказывается, всё дело в том, как расположены эти мельчайшие магнитики. Нужно, чтобы они были «дисциплинированными», чтобы все они могли повернуться в одну сторону и держать правильный строй. Только тогда вещество может стать магнитом.

Такими качествами обладает лишь несколько металлов и особенно железо. А недавно появились новые, очень сильные магниты. Они даже лучше железных, хотя сделаны не из металлов, а из ферритов. Если ты когда-нибудь услышишь это слово, то знай, что оно означает новые искусственные магнитные вещества.

Если бы вдруг исчезли все магниты, то прекратили бы работу электростанции, умолкло радио, погасли телевизоры, не действовал бы телефон, остановились электровозы, метро, трамваи, троллейбусы, автомобили и автобусы. Не могли бы работать электронные приборы и машины, не действовала бы вся современная техника. Вот какую роль в жизни людей играют магниты.