Каким свойством обладает магнит
Оксана Горбунова
Проект «Магнит и его свойства»
Наш проект
«Магнит и его свойства»
Введение:
Магнит — это природный камень, который умеет притягивать железо, и который создает магнитное поле. Магниты состоят из миллионов молекул, объединенных в группы, которые называются доменами. Каждый домен ведет себя как минеральный магнит, имеющий северный и южный полюс. Железо имеет множество доменов, которые можно сориентировать в одном направлении, то есть намагнитить.
Гипотеза: мы задумались над вопросом, почему картинки держатся на нашей магнитной доске и не падают. Что это за магнит? Каким свойствам он обладает?
Цель:
1.Найти ответы на вопросы:
Что такое магнит?
Какие свойства имеет магнит?
Как люди используют магниты в жизни?
2. Провести опыты для определения магнитной силы.
3. Провести опыты для определения магнитного поля.
4. Провести опыт, что магнитные силы проходят через разные материалы.
5. Провести опыт, что 2 магнита могут притягиваться или отталкиваться.
Задачи:
Всё узнать о магните.
На практике исследовать процесс со скрытыми свойствами магнита.
Кто придумал магнит?
Старинная легенда рассказывает о пастухе по имени Магнус. Он обнаружил однажды, что железный наконечник его палки и гвозди сапог притягиваются к черному 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.
Главное предназначение магнита – удержания, разделения и поднятия различных объектов
Применение магнитов в жизни людей
О магнитах люди узнали давно и стали использовать его свойства в своих целях. Во всех отраслях жизни магнит – постоянный спутник.
Первым прибором, основанным на явлении магнетизма, стал компас.
Благодаря свойству магнитов воздействовать на расстоянии и через растворы, их используют в химических и медицинских лабораториях, где нужно перемешивать стерильные вещества в небольших количествах.
Магниты используют под водой. Благодаря своей способности притягивать предметы под водой магниты используются при строительстве и ремонте подводных сооружений. С их помощью очень удобно закреплять и прокладывать кабель или держать под рукой инструмент.
Для экспериментов мы использовали следующие материалы и оборудования:
Материал:
Магнит разной величины и толщины
2 стакана, один с водой, другой без
Скрепки
Предметы разного материала
Металлическая стружка
Картон
Магнитный конструктор
Опыт № 1
Вначале мы узнали, какие предметы может притягивать магнит? Мы брали магнит и проверяли предметы из дерева, пластмассы, бумагу, резиновые предметы, алюминиевые, железные предметы И разделили на две группы, одна группа предметов та которая притягивается, а вторая группа предметов не притягивается.
Опыт № 2
Для проверки магнитных полей магнита мы взяли металлическую стружку, лист картона и магнит. Насыпали металлическую стружку на лист, а с другой стороны начали проводить магнитом, тут мы узнали что железная стружка вдруг оживает и выстраивает загадочные узоры от воздействия магнита, образуя круг над магнитом – это и есть магнитное поле.
Опыт№3
Затем пронаблюдали, может ли магнитная сила проходить через предметы?
Здесь мы выявили что магнитная сила может проходить через стекло с водой которая находится в стакане, через стеклянный стакан без воды, семечки, картон.
Опыт № 4
В нашем следующем опыте мы узнали наглядно про магнитные полюса «Южный» и «Северный». Где «Южный» полюс это плюс и он притягивает предметы, а «Северный» полюс это минус он отталкивает предметы.
Заключения:
В результате проделанной нами работы нам удалось познакомиться с историй происхождения магнита, Мы узнали, какими свойствами обладает магнит. Магнит — это природный камень. Люди используют свойства магнита в своих целях.
Магнит притягивает железные предметы.
Магнит имеет магнитное поле.
Магнитные силы проходят через разные
материалы (песок, вода, картон, стекло).
2 магнита могут притягиваться и
отталкиваться в зависимости от того, как их
подносить друг к другу.
Наша гипотеза полностью подтвердилась!
Магниты — это материалы, которые генерируют поле, которое притягивает или отталкивает некоторые другие материалы (например, железо и никель) с определенного расстояния. Это невидимое поле, известное как магнитное поле, отвечает за ключевые свойства магнита.
Древние люди использовали магниты по крайней мере с 500 г. до н.э., и самые ранние известные описания таких материалов и их характеристики происходят из Китая, Индии и Греции около 25 веков назад. Однако искусственные магниты были созданы еще в 1980-х годах.
Очевидно, что не все магниты состоят из одних и тех же веществ, и поэтому их можно разделить на разные классы в зависимости от их состава и источника магнетизма. Ниже приведен подробный список трех основных типов магнитов с указанием их свойств, прочности, а также промышленного и непромышленного применения.
1. Постоянные магниты
После намагничивания постоянные магниты могут сохранять магнетизм в течение продолжительного времени. Они сделаны из материалов, которые могут намагничиваться и создают собственное постоянное магнитное поле.
Обычно постоянные магниты изготавливаются из четырех различных типов материалов:
I) Ферритовые магниты
Стек ферритовых магнитов | Изображение предоставлено: Викимедиа
Ферритовые магниты (также называемые керамическими магнитами) являются электроизоляционными. Они темно-серого цвета и выглядят как карандашный грифель.
Ферриты обычно представляют собой ферромагнитные керамические соединения, получаемые путем смешивания больших количеств оксида железа с металлическими элементами, такими как марганец, барий, цинк и никель. Некоторые ферриты имеют кристаллическую структуру, например ферриты стронция и бария.
Они довольно популярны благодаря своей природе: они не подвержены коррозии и, следовательно, используются для продления жизненного цикла многих продуктов. Ферритовые магниты могут использоваться в чрезвычайно жарких условиях (до 300 градусов Цельсия), и стоимость изготовления таких магнитов также низкая, особенно если они производятся в больших объемах.
Они могут быть далее подразделены на «твердые», «полужесткие» или «мягкие» ферриты, в зависимости от их магнитных свойств.
Поскольку твердые ферриты трудно размагничивать, они обладают высокой коэрцитивной силой. Они используются для изготовления магнитов, например небольших электродвигателей и громкоговорителей. Мягкие ферриты, с другой стороны, имеют низкую коэрцитивную силу и используются для изготовления электронных индукторов, трансформаторов и различных микроволновых компонентов.
II) магниты Алнико
Магнит-подкова из алнико 5 | Эта U-образная форма образует мощное магнитное поле между полюсами, позволяя магниту захватывать тяжелые ферромагнитные материалы.
Магниты алнико состоят из алюминия (Al), никеля (Ni) и кобальта (Co), отсюда и название al-ni-co. Они часто включают титан и медь. В отличие от керамических магнитов, они являются электропроводящими и имеют высокие температуры плавления.
Чтобы классифицировать их (основываясь на их магнитных свойствах и химическом составе), Ассоциация производителей магнитных материалов присвоила им номера, такие как Alnico 3 или Alnico 7.
Алникос был самым сильным типом постоянных магнитов до развития редкоземельных магнитов в 1970-х годах. Известно, что они создают высокую напряженность магнитного поля на своих полюсах — до 0,15 Тесла, что в 3000 раз сильнее, чем магнитное поле Земли.
Сплавы Alnico могут сохранять свои магнитные свойства при высоких рабочих температурах, вплоть до 800 градусов Цельсия. Фактически, они являются единственными магнитами, которые имеют магнетизм при нагревании раскаленным докрасна.
Эти магниты широко используются в бытовых и промышленных применениях: несколько примеров — это магнетронные трубки, датчики, микрофоны, электродвигатели, громкоговорители, электронные трубки, радары.
III) Редкоземельные магниты
Как следует из названия, редкоземельные магниты изготавливаются из сплавов редкоземельных элементов. Это самый сильный тип постоянных магнитов, разработанный в 1970-х годах. Их магнитное поле может легко превышать 1 Тесла.
Два типа редкоземельных магнитов — самарий-кобальтовые и неодимовые магниты. Оба уязвимы для коррозии и очень хрупкие. Таким образом, они покрыты определенным слоем (слоями), чтобы защитить их от сколов или поломок.
Самарий-кобальтовые магниты состоят из празеодима, церия, гадолиния, железа, меди и циркония. Они могут сохранять свои магнитные свойства при высоких температурах и обладают высокой устойчивостью к окислению.
Из-за их меньшей напряженности магнитного поля и высокой стоимости производства они используются реже, чем другие редкоземельные магниты. В настоящее время они используются в настольном ядерно-магнитно-резонансном спектрометре, высококачественных электродвигателях, турбомашиностроении и во многих областях, где производительность должна соответствовать изменению температуры.
Неодимовые магниты, с другой стороны, являются наиболее доступным и сильным типом редкоземельных магнитов. Они представляют собой тетрагональную кристаллическую структуру, изготовленную из сплавов неодима, бора и железа.
Благодаря своим меньшим размерам и небольшому весу они заменили ферритовые и алникомагниты в многочисленных применениях в современных технологиях. Например, неодимовые магниты в настоящее время используются в головном приводе для компьютерных жестких дисков, электродвигателей для аккумуляторных инструментов, механических переключателей электронных сигарет и динамиков мобильных телефонов.
IV) одномолекулярные магниты
Универсальный внутриклеточный белок, называемый ферритином, считается магнитом с одной молекулой. Он хранит железо и выпускает его контролируемым образом.
К концу 20-го века ученые узнали, что некоторые молекулы [которые состоят из ионов парамагнитного металла] могут проявлять магнитные свойства при очень низких температурах. Теоретически они способны хранить информацию на уровне магнитных доменов и обеспечивать гораздо более плотный носитель, чем традиционные магниты.
Одномолекулярные магниты состоят из кластеров марганца, никеля, железа, ванадия и кобальта. Было обнаружено, что некоторые цепные системы, такие как одноцепные магниты, сохраняют магнетизм в течение длительного периода времени при более высоких температурах.
Исследователи в настоящее время изучают монослои таких магнитов. Одним из ранних соединений, которое было исследовано в качестве одно-молекулярного магнита, является додекануклеарная марганцевая клетка.
Потенциальные возможности применения этих магнитов огромны. К ним относятся квантовые вычисления, хранение данных, обработка информации и биомедицинские приложения, такие как контрастные агенты МРТ.
2. Временные магниты
Некоторые объекты могут быть легко намагничены даже слабым магнитным полем. Однако, когда магнитное поле удалено, они теряют свой магнетизм.
Временные магниты различаются по составу: они могут быть любым объектом, который действует как постоянный магнит в присутствии магнитного поля. Например, магнитомягкий материал, такой как никель и железо, не будет притягивать скрепки после удаления внешнего магнитного поля.
Когда постоянный магнит подносится к группе стальных гвоздей, гвозди прикрепляются друг к другу, а затем к постоянному магниту. В этом случае каждый гвоздь становится временным магнитом, а когда постоянный магнит удаляется, они больше не прикрепляются друг к другу.
Временные магниты в основном используются для изготовления временных электромагнитов, сила которых может варьироваться в соответствии с требованиями. Они также используются для разделения материалов, сделанных из металла, на складах металлолома и дают новый импульс современной технологии — от высокоскоростных поездов до высокотехнологичного пространства.
3. Электромагнит
Электромагнит притягивающий железные опилки
Электромагнит был изобретен британским ученым Уильямом Стердженом в 1824 году. Затем он был систематически усовершенствован и популяризирован американским ученым Джозефом Генри в начале 1830-х годов.
Электромагниты представляют собой плотно намотанные витки провода, которые функционируют как магниты при прохождении электрического тока. Его также можно классифицировать как временный магнит, поскольку магнитное поле исчезает, как только ток отключается.
Полярность и напряженность магнитного поля, создаваемого электромагнитом, можно регулировать, изменяя направление и величину тока, протекающего через провод. Это главное преимущество электромагнитов перед постоянными магнитами.
Для усиления магнитного поля катушка обычно наматывается на сердечник из «мягкого» ферромагнитного материала, такого как мягкая сталь. Провод, свернутый в одну или несколько петель, называется соленоидом.
Эти типы магнитов широко используются в электрических и электромеханических устройствах, включая жесткие диски, громкоговорители, жесткие диски, трансформаторы, электрические звонки, МРТ-машины, ускорители частиц и различные научные приборы.
Электромагниты также используются в промышленности для захвата и перемещения тяжелых предметов, таких как металлолом и сталь.
Все вы в своей жизни встречались с постоянными магнитами. Сегодня я вам предлагаю разобраться, как в нем все устроенно и почему он магнитит?
Для этого я предлагаю вам понять, что такое магнитное поле?
Электричество было открыто еще где-то в 17 веке, но практическую пользу этого открытия люди поняли еще не скоро. Ученые заметили, что два проводника с током взаимодействуют друг с другом. Они попытались описать это взаимодействие. Но, как и для любой сферы физики требовалась математическая модель. Такой моделью послужило магнитное поле. В 1820 году Эрстед заметил, что проводник с током оказывает ориентирующее действие на магнитную стрелку. Разгадал эту загадку великий ученый — Майкл Фарадей.
Движущиеся заряды изменяют свойства окружающего пространства, то есть создают магнитное поле. А присутствие этого поля определяется тем, что на заряды, которые двигаются в нем, действует сила. По сути, эта сила обусловлена взаимодействием магнитных полей, создаваемых обоими зарядами. Про магнитное поле можно говорить еще очень много, но это уже выходит за рамки данной статьи. Если вам интересно, то дайте мне знать об этом и я выпущу отдельную статью, посвященную этой модели.
А сейчас мы пойдем дальше. Магнитное поле по особому ведет себя в веществе. Любая среда способна изменить характеристики поля, так как каждое вещество является магнетиком. Магнетики в свою очередь разделяются на 3 основных вида: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.
Мы с вами будем рассматривать последний тип — ферромагнетики, так как именно из них делают постоянные магниты.
Ферромагнетики
Этот класс веществ отличается тем, что они способны сохранять свою намагниченность даже в отсутствие внешнего магнитного поля, но как им это удается? Все дело в том, что внутри этих материалов существуют области с однонаправленным магнитным моментом — так называемые домены.
Но подождите, не так быстро, это последний уровень абстракции. Начнем с уровня пониже. Многие элементарные частицы обладают собственным магнитным моментом. То есть сами по себе электроны уже являются мини-магнитами.
Это сугубо квантовое явление.
В атоме электроны находятся на электронных оболочках, и как мы выяснили ранее, их движение становится причиной появления магнитного поля. Это называется орбитальным магнетизмом. Но здесь есть небольшая загвоздка: согласно принципам квантовой механики, электроны движутся в разные стороны по орбиталям, и их суммарное магнитное поле, согласно принципу суперпозиции, обнуляется. Но вот если оболочка не до конца заполнена, то тогда направление и собственного магнитного момента электронов и их движения, совпадает. Поэтому, если у атома оболочка заполнена наполовину, то его собственное магнитное поле достаточно велико. Такими элементами являются хорошо вам известные: железо, никель, кобальт и так далее.
И теперь наконец домены. Атомы в некоторых веществах могут объединяться в микро области, в которых магнитные магнитные моменты направлены в одну сторону. Именно благодаря наличию таких моментов вещество может обладать свойством постоянной намагниченности. В присутствии внешнего сильно магнитного поля, эти домены ориентируются по нему. А после они могут поддерживать друг друга, оставаясь таким образом в постоянной намагниченности.
Самым большим и мощным магнитом на нашей планете является сама Земля. Магнитное поле Земли защищает нас от пагубного солнечного ветра и других ионизирующих космических лучей. Спасибо за внимание, не забывайте ставить пальцы вверх и подписываться на канал, дальше вас ждет еще больше интересного!
Наталья Короткова
Консультация «Магнит. Свойства магнита»
Знакомство с магнитом и его свойствами
Цель: развитие познавательной активности ребенка в процессе знакомства со свойствами магнитов.
Задачи:
• Формировать представления о магните и использовать его свойства.
• Закреплять умение приобретать знания посредством проведения практических опытов, делать выводы, обобщения.
• Воспитывать навыки сотрудничества, взаимопомощи.
Воспитатель:
— Ребята! На 8 марта мне подарили прихваточку-рукавичку и сказали, что она волшебная. А в чем заключается волшебство, я не могу догадаться. А еще с рукавицей лежали разные предметы.
— А как же нам убедиться в том, что рукавица волшебная? (надеть и брать)
— Что с ними происходит?
— Почему?
— Сегодня мы с вами будем изучать магнит, его свойства.
Послушайте мой рассказ.
Я расскажу вам одну старинную легенду. В давние времена в Древней Греции на горе Ида пастух по имени Магнис пас овец. Он заметил, что его сандалии, подбитые железом, и деревянная палка с железным наконечником липнут к черным камням, которые в изобилии валялись под ногами. Пастух перевернул палку наконечником вверх и убедился, что дерево не притягивается странными камнями. Снял сандалии и увидел, что босые ноги тоже не притягиваются. Магнис понял, что эти странные черные камни не признают никаких других материалов, кроме железа. Пастух захватил несколько таких камней домой и поразил этим своих соседей. От имени пастуха и появилось название «магнит«.
Со временем люди научились сами изготавливать магниты, намагничивая куски железа.
Я предлагаю вам побывать маленькими исследователями и провести опыты с магнитом. Добро пожаловать в научную лабораторию.
Опыт «Всё ли притягивает магнит?»
Воспитатель:
Итак, мы с вами выяснили, что магнит притягивает только металлические предметы. Давайте возьмём магниты и поднесём их к разным предметам. (Предметы из дерева, железа, пластмассы, бумаги, ткани, резины).
Опыт «Действует ли магнит через другие материалы?»
Воспитатель:
А может магнитдействовать через другие материалы: бумагу, ткань?
Дети самостоятельно проводят опыт и делают вывод.
(Магнит может притягивать через бумагу, ткань).
В стеклянный (пластиковый) стакан с водой бросаем скрепку. Прислоняем магнит к стакану на уровне скрепки. После того как скрепка приблизится к стенке стакана, медленно двигаем магнит по стенке вверх.
Воспитатель:
Что мы видим? Скрепка следует за движением магнита и поднимается вверх до тех пор, пока не приблизится к поверхности воды. Может магнит притягивать через препятствия?
(Магнит может действовать через стекло, пластмассу и воду.)”
Задачка на сообразительность.
Насыпать в миску манку и закопать в нее скрепки. Как их можно быстро собрать?В ответ может быть несколько вариантов: на ощупь, просеять, или воспользоваться только что определенным свойством магнита притягивать все железное.
Опыт: «взаимодействие двух магнитов»
Воспитатель:
А что произойдет, если поднести два магнита друг к другу?
Дети проверяют, поднося один магнит к другому (они притягиваются). Выясняют, что произойдет, если поднести магнит другой стороной (они оттолкнутся). Один конец называется южным или положительным полюсом магнита, другой конец — северным (отрицательным) полюсом магнита. Магниты притягиваются друг к другу разноименными полюсами, а отталкиваются одноименными.
(Вывод: у магнита два полюса.)
Опыт: «Магниты действуют на расстоянии»
Воспитатель:
Давайте попробуем управлять машинкой при помощи магнита.
(К машинке приклеить магнит)
(Вывод: Вокруг магнита есть что-то, чем он может действовать на предметы на расстоянии. Это что-то назвали «магнитным полем«.)
Опыт «Магнитные свойства можно передать обычному железу».
Воспитатель:
Попробуйте к сильному магниту подвесить снизу скрепку. Если поднести к ней еще одну, то окажется, что верхняя скрепка притягивает нижнюю! Попробуйте сделать цепочку из таких висящих друг на друге скрепок.
Осторожно поднесите любую из этих скрепок к более мелким металлическим предметам, выясните, что с ними происходит. Теперь скрепка сама стала магнитом. Искусственное намагничивание легко уничтожить, если просто резко стукнуть предмет.
(Вывод: магнитное поле можно создать искусственно.)
Воспитатель:
Ребята, давайте вспомним все опыты, которые мы сегодня проводили и скажем, что нового вы узнали о магните.
А где в нашей группе можно встретить магнит? А дома?
Хотите посмотреть, что случилось с героями смешариков, когда они нашли магнит?
Показ мультфильма «Смешарики. Магнетизм».