Исследовательская работа "Исследование направления полюсов магнита"

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

фестиваль творчества

«ИНТЕЛЛЕКТ ПЛЮС»

Исследование направления полюсов магнита

Секция: Основы наук

Автор:	Синьчуков Кирилл Дмитриевич 3 «В» класс муниципальная общеобразовательная средняя школа №2-многопрофильная
Руководитель:	Салангина Жанна Николаевна учитель начальных классов муниципальная общеобразовательная средняя школа №2-многопрофильная

Нижневартовск, 2016

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................................... 3

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ .................................................................................................................... 4

I.Теоретическая часть ................................................................................................................... 4

I.1. Что такое магнит? ........................................................................................................... 4

I.2. Магнетизм... И все же, что это такое?............................................................................4

1.3. Воздействие магнита на человека…………………………………………………….5

I.4. Использование магнита в повседневной жизни……………………………………..5

II. Практическая часть…………………………………………………………………………...8

2.1. Магнитная сила действует на расстоянии и проходит сквозь многие материалы……..8

2.2.Как же определить полюса магнита?  ............................................................................... 8

2.3.Как сделать мощный магнит?.............................................................................................9

ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................................................................................... 10

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................................... 11

ПРИЛОЖЕНИЕ………………………………………………………………………………….I

ВВЕДЕНИЕ

Однажды, собирая магнитный конструктор, я обратил внимание, что, с одной стороны конструктор отталкивается, а с другой притягивается. Мне стало очень интересно, почему так происходит? Папа мне объяснил, что у каждого магнита есть северный и южный полюса и что географический север Земли физически соответствует магнитному югу и, соответственно, юг Земли соответствует магнитному северу. Поэтому то и происходит принцип притягивания противоположностей.

Я предположил, что смогу сам определить полярность магнитного конструктора.

Цель моего исследования: самому определить полюса магнита в домашних условиях.

Объект исследования: магнит.

Предмет исследования: полюса магнита.

Для решения данной цели я поставил перед собой задачи, которые надо было решить в ходе исследования:

1. Изучить литературу по данному вопросу.
2. Исследовать свойства магнита.
3. Выяснить воздействие магнита на человека.
4. Исследовать опытным путем возможности определения полюсов магнита.
5. Выяснить, использование магнита  в повседневной жизни.

Для достижения поставленной цели я прочитал научно-популярную литературу по теме: магнит, что это такое, - магнитное поле, и какие полюса магнита бывают.

 В своей работе я постоянно консультировался со взрослыми, которые помогали мне понять и осмыслить всю информацию.

Основными методами исследования, помимо работы с информационными источниками, были наблюдение и эксперимент. Все эксперименты я проводил в присутствии взрослых.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

I.Теоретическая часть

I.1. Что такое магнит?

               Старинная легенда рассказывает о пастухе по имени Магнус (у Льва Толстого в рассказе для детей «Магнит» этого пастуха зовут Магнис). 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. Об этом упоминал в VI веке до нашей эры греческий физик и философ Фалес. Первое научное изучение свойств магнита было предпринято в VIII веке ученым Петром Перегрином. Перегрин писал и о двух видах взаимодействия полюсов — притяжении и отталкивании. К XII—XIII векам нашей эры магнитные компасы уже использовались в навигации в Европе, в Китае и других странах мира.

               Если Вы возьмете кусок магнита и разломите его на два кусочка, каждый кусочек опять будет иметь "северный" и "южный" полюс. Если Вы вновь разломите получившийся кусочек на две части, каждая часть опять будет иметь "северный" и "южный" полюс. Неважно, как малы будут образовавшиеся кусочки магнитов – каждый кусочек всегда будет иметь "северный" и "южный" полюс. Невозможно добиться, чтобы образовался магнитный монополь ("моно" означает один, монополь – один полюс). По крайней мере, такова современная точка зрения на данное явление.

I.2. Магнетизм... И все же, что это такое?...

Это явление известно людям очень давно. Свое название оно получило от города Магнетии в Малой Азии, где были обнаружены залежи магнитного железняка – «камня, притягивающего железо».

Первым письменным свидетельствам знакомства человека с магнитными свойствами некоторых материалов более двух тысяч лет. В одном из таких источников – замечательной поэме «О природе вещей», написанной Титом Лукрецием Каром в I веке до нашей эры, читаем:

   «Также бывает, что попеременно порода железа
             Может от камня отскакивать или к нему привлекаться.
           Также и то наблюдал я, как прыгают в медном сосуде

Самофракийские кольца железные или опилки
                   В случае, если под этим сосудом есть камень магнитный».

Лукреций объяснял магнетизм «магнитными токами», истекающими из «камня-магнита», а силу притяжения образно рисовал так:

                «Связь такова здесь, как будто крючки, зацепившись за петли.
Держатся между собой в сочетаньи известном, какое
           Можем увидеть мы между железом и камнем магнитным».

Одно из первых практических использований магнетизма тел – компас. Наши предки заметили: продолговатый кусочек магнитного железа, подвешенный на нитке или прикрепленный к пробке, плавающей в воде, всегда располагается так, что один его конец показывает на север, а другой – на юг. Компас был изобретен в Китае примерно за тысячу лет до нового летосчисления; в Европе он известен с XII века. Без этого простейшего навигационного прибора были бы невозможны Великие географические открытия XV...XVII веков.

1.3. Воздействие магнита на человека.

Интерес к воздействию магнитных полей на человека возник сразу же после открытия этого явления. Древние приписывали магниту много чудесных свойств. Считалось, что истолченный в порошок «магнитный камень» хорош как слабительное средство, излечивает от водянки и безумия, останавливает любое кровотечение и выделения из носа, ушей и даже рассасывает раковые опухоли, а принимаемый в определенных дозах гарантирует бессмертие. Правда, рекомендации часто бывали противоречивы. Например, одни лекари считали, что магнит – сильный яд, другие же предлагали его использовать как противоядие. Между прочим, некоторые современные японские фирмы, выпускающие магнитные браслеты, рекламируют их по примеру древних, приписывая своим изделиям массу изумительных качеств: от способности сохранять красоту до излечивания гипертонии, бронхиальной астмы и невралгии. Как показала проверка, проведенная различными лечебными учреждениями, при ношении магнитных браслетов субъективно самочувствие больного улучшается (скорее всего, срабатывает психотерапевтический эффект), тогда как объективные показатели практически не меняются, скажем, кровяное давление остается на том же уровне.

Вместе с тем отрицать влияние магнитных полей на живой организм нельзя. Эксперименты на мышах показали, что внешнее магнитное поле задерживает их развитие, замедляет рост клеток, изменяет состав крови. Сильное неоднородное магнитное поле – десять килоэрстед и больше даже способно убить молодые особи.

Почему магнитное поле воздействует на человека? На этот счет есть несколько гипотез. Одна из них считает, что магнитное поле влияет на протекание в организме некоторых тонких биохимических реакций. И хотя влияние магнитного поля на химические процессы в последнее время тщательно исследуется (в частности, больших успехов здесь добились новосибирские ученые), физика этого процесса пока не совсем ясна.

I.4. Использование магнита в повседневной жизни

               Мы привыкли к магниту и относимся к нему чуточку снисходительно порой даже не подозревая, сколько магнитов вокруг нас. В наших квартирах десятки магнитов: в электробритвах, динамиках, магнитофонах, в часах, в банках с гвоздями.

Теперь магнетизм широко используется в науке, технике и обыденной жизни. Постоянные магниты и электромагниты стоят в генераторах, вырабатывающих ток, и в электромоторах, его потребляющих; без них не может обойтись большинство транспортных средств – автомобиль, троллейбус, тепловоз, самолет, корабль. Магниты облегчают нашу жизнь и развлекают нас, служа нам в различных электробытовых приборах, а также в магнитофонах, радиолах и всевозможных игрушках. Наконец, магниты – неотъемлемая часть многих научных приборов, начиная от небольших, располагающихся на столе исследователя, и до огромных ускорителей с размерами, измеряемыми многими километрами.

               А в 1825 году английским инженером Уильямом Стёрдженом был изготовлен первый электромагнит. Он  представлял собой согнутый стержень из мягкого железа с обмоткой из толстой медной проволоки. Для изолирования от обмотки стержень был покрыт лаком. При пропускании тока железный стержень приобретал свойства сильного магнита, но при прерывании тока он мгновенно их терял. Именно эта особенность электромагнитов и позволила широко применять их в технике.

               Электромашинные генераторы и электродвигатели - машины вращательного типа, преобразующие либо механическую энергию в электрическую (генераторы), либо электрическую в механическую (двигатели). Действие генераторов основано на принципе электромагнитной индукции: в проводе, движущемся в магнитном поле, наводится электродвижущая сила. Действие электродвигателей основано на том, что на провод с током, помещенный в поперечное магнитное поле, действует сила.

               Магнитоэлектрические приборы. В таких приборах используется сила взаимодействия магнитного поля с током в витках обмотки подвижной части, стремящаяся повернуть последнюю.

               Индукционные счетчики электроэнергии. Электрические наручные  часы  питаются  миниатюрной  батарейкой.  Для  их работы требуется гораздо меньше деталей, чем в механических  часах;  так,  в схему типичных электрических  портативных  часов  входят  два  магнита,  две катушки индуктивности и транзистор.

               Замок -  механическое, электрическое или электронное устройство, ограничивающее возможность несанкционированного пользования чем-либо.   Магнитные замки. 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.

               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 звёзд,  геолог  по   аномалиям  магнитного  поля  Земли  отыскивает   залежи магнитных руд, с  недавнего  времени  биология  тоже  активно  включилась  в изучение и использование магнитов.

               О его лечебных свойствах упоминают в своих трудах философ Аристотель и историк Плиний. 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 заболевания, раковые заболевания).

               Более всего учёные склоняются к мысли, что магнитные поля повышают сопротивляемость организма.

               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.

               Большинству из нас известно исследование работы сердца с помощью электрических датчиков – электрокардиограмма. Ценность магнитокардиографии в том, что она позволяет получить сведения об электрически “немых” областях сердца.

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

II. Практическая часть

2.1. Магнитная сила действует на расстоянии и проходит сквозь многие материалы.

Гипотеза: С помощью магнита в виде подковы можно намагнитить другие предметы, чтоб они превратились в самостоятельные магниты.

Ход эксперимента:                                                                      (Приложение1)

1.      Я взял иголку и подковообразный магнит.

2.      Держа иглу за ушко, я стал проводить по ее острому краю одним «рукавом» магнита около тридцати раз.

Результат: Игла стала притягиваться к скрепкам.

Гипотеза: Магнитная сила действует на расстоянии и проходит сквозь многие материалы.

Ход эксперимента:                                                                     (Приложение1)

1.      На листе бумаги я нарисовал лабиринт.

2.      Сверху на лист положил скрепку, а под листом держал магнит.

Результат: У меня получилось провести скрепку магнитом по лабиринту на бумаге. Так же мне удалость заставить скрепку двигаться и по дереву,  пластику, стеклу.

2.2.Как же определить полюса магнита?

Во-первых, нужно помнить, что географический север Земли физически соответствует магнитному югу и, соответственно, юг Земли соответствует магнитному северу. Это принцип притягивания противоположностей.

Гипотеза: Определяем полярность на суше и на воде, как делали в древности.

1 способ:  Ход эксперимента: поднесу компас к магниту.             (Приложение1)

Результат: Юг компаса (красный конец стрелки) притянулся к магнитному северу и наоборот.

2 способ.  Ход эксперимента:

1.      Наливаем воду в любую посуду, которая не магнитится (керамика, фарфор, пластмасса).

2.      На воду положим кусочек плавучего материала (пенопласта или пробкового дерева), а на этот кусочек магнит.

Результат: Магнит на пенопласте показал направление север-юг. Южный полюс магнита на пенопласте повернулся в сторону географического севера.

3 способ.   Ход эксперимента:

1.      Для опыта нужны две вещи – постоянный магнит и...цветной  телевизор.

2.      Мы установили телевизор горизонтально на прочном широком столе при ориентации оси кинескопа в направлении север-юг.

3.      Далее, включили изображение настройки телепередачи.

4.      Поднесли постоянный магнит к экрану телевизора.

Результат: В присутствии магнита на экране во всей красе появились два пятна-зеленое и красное. Переворачивая магнит, пятнышки менялись местами!

Вывод: Когда мы подносим магнит к экрану  включенного телевизора, изображение на экране создает электронный луч, идущий из глубины трубки на нас. Наш магнит отклоняет движущиеся электроны, поэтому на экране и появляются разноцветные пятна! Следовательно, происходит отклонение электронного луча, вызывающее изменение цвета экрана, которое зависит от полярности магнита. На опыте мы как раз это и наблюдаем. С помощью компаса, мы установили ориентацию телевизора относительно направления север-юг, а также определили направление действия магнитного поля на движущийся заряд по правилу левой руки. Т. е, нужно расположить ладонь так, чтобы силовые линии входили в нее, а вытянутые пальцы указывали направление тока; тогда отогнутый под углом 90 градусов большой палец укажет направление смещения движущегося заряда. Силовые линии идут от северного к южному полюсу магнита. А направление тока в правиле левой руки считается "техническое" направление – от плюса к минусу. Так двигались бы положительные заряды. Но в кинескопе движутся электроны, причем летят они на нас. Это эквивалентно тому, что положительные заряды летят от нас. Поэтому вытянутые пальцы левой руки должны быть направлены в экран. Остальное понятно. Экран телевизора направлен на юг, определяем экрану, северный или южный. То есть, когда мы видим зеленое пятно вверху, у магнита южный полюс, и наоборот.
Итак, с помощью телевизора можно легко и быстро определить полюса магнита.

4 способ.  Гипотеза: Определить можно при помощи иголки и знания сторон света, где север, а где юг (я опять таки возьму компас).

Ход эксперимента:                                                           (Приложение1)

1.      Иголкой проведу по магниту несколько раз, что бы намагнитить ее.

2.      Затем смазываю маслом и положу в блюдце с водой.

Результат: Иголка, как стрелка компаса, повернется одной стороной на север. "Северная" сторона иголки будет притягиваться к южному полюсу магнита.

2.3.Как сделать мощный магнит?

Гипотеза: Я могу самостоятельно сделать электромагнит?

Чтоб сделать электромагнит, нам понадобится: 1 метр изолированного медного провода, большой железный или стальной гвоздь, два электрических токопроводящих проводника с зажимами «крокодил» на каждом конце, футляр для батарей и две батарейки АА, скрепка для бумаги.

Ход эксперимента:                                                                  (Приложение1)

1.      Изначально я зачистил по 2 см с каждого конца изолированного провода. Обмотал провод вокруг гвоздя приблизительно 30 раз.

2.      Прикрепил электропроводники к каждому зачищенному концу медного провода и к аккумулятору (футляру с двумя батарейками).

3.      Включаю электромагнит и испытываю его.

Результат: Скрепка притягивается к гвоздю. Чем больше обмоток проволоки

вокруг гвоздя, тем сильнее электромагнит. Железный гвоздь теряет магнитную силу, как только прекращается поступление электрического тока. Если гвоздь стальной, то он сохранит некоторую магнитную силу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

            Если Вы возьмете кусок магнита и разломите его на два кусочка, каждый кусочек опять будет иметь "северный" и "южный" полюс. Если Вы вновь разломите получившийся кусочек на две части, каждая часть опять будет иметь "северный" и "южный" полюс. Неважно, как малы будут образовавшиеся кусочки магнитов – каждый кусочек всегда будет иметь "северный" и "южный" полюс.

Интерес к воздействию магнитных полей на человека возник сразу же после открытия этого явления. Древние приписывали магниту много чудесных свойств.

Вместе с тем отрицать влияние магнитных полей на живой организм нельзя.

Почему магнитное поле воздействует на человека? На этот счет есть несколько гипотез. Одна из них считает, что магнитное поле влияет на протекание в организме некоторых тонких биохимических реакций. И хотя влияние магнитного поля на химические процессы в последнее время тщательно исследуется (в частности, больших успехов здесь добились новосибирские ученые), физика этого процесса пока не совсем ясна.

Теперь магнетизм широко используется в науке, технике и обыденной жизни. Постоянные магниты и электромагниты стоят в генераторах, вырабатывающих ток, и в электромоторах, его потребляющих; без них не может обойтись большинство транспортных средств – автомобиль, троллейбус, тепловоз, самолет, корабль. Магниты облегчают нашу жизнь и развлекают нас, служа нам в различных электробытовых приборах, а также в магнитофонах, радиолах и всевозможных игрушках. Наконец, магниты – неотъемлемая часть многих научных приборов, начиная от небольших, располагающихся на столе исследователя, и до огромных ускорителей с размерами, измеряемыми многими километрами.

Нужно помнить, что географический север Земли физически соответствует магнитному югу и, соответственно, юг Земли соответствует магнитному северу. Это принцип притягивания противоположностей.

На опыте я  наблюдал, когда  подносил магнит к экрану телевизора, в вакуумном объеме кинескопа вблизи экрана возникало магнитное поле. Следовательно, происходит отклонение электронного луча, вызывающее изменение цвета экран, которое зависит от полярности магнита. С помощью компаса, я установил ориентацию телевизора относительно направления север-юг, а также определил направление действия магнитного поля на движущийся заряд по правилу левой руки, т.е., нужно расположил ладонь так, чтобы силовые линии входили в нее, а вытянутые пальцы указывали направление тока; тогда отогнутый под углом 90 градусов большой палец указал направление смещения движущегося заряда. Силовые линии идут от северного к южному полюсу магнита. А направление тока в правиле левой руки считается "техническое" направление – от плюса к минусу. Остальное понятно. Экран телевизора направлен на юг, определяем экрану, северный или южный.

Моя гипотеза полностью подтвердилась,  можно легко и быстро определить полюса магнита в домашних условиях. 

В перспективе я буду исследовать математический маятник, ведь он не меняет плоскости своих колебаний.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.      БСЭ, второе издание, М, 1957 г.450с.

2.      Материалы из интернет - энциклопедии

3.      Путилов К.А. «Курс физики», «Физматгиз», М, 1964г.172с.

4.      «Опыты в домашней лаборатории». М.ТЕРРА-книжный клуб, 2009.128 с.

5.      Холодов Ю.А. “Человек в магнитной паутине”, “Знание”, М, 1972 г.96с.

Приложение 1