|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
DZIECIĘCE LABORATORIUM NAUKOWE
Z kompasem przez pola magnetyczne. Laboratorium naukowe dla dzieci
Katalog / Laboratorium Naukowe dla Dzieci Teraz już prawie nie ma ludzi, którzy z wdzięcznością uścisną Ci dłoń za opowieść o tym, że Ziemia jest okrągła, mówiąc: „Dziękuję przyjacielu, zawsze usłyszysz coś nowego”. Ale dlaczego ona się kręci? To pytanie nurtuje nie tylko studenta. Ich uczeni ojcowie również zaczynają się zastanawiać, kiedy wieczna rotacja pyta ich „dlaczego”. „Prawdopodobnie magnetyzm” – mówią. Więc dlaczego? Ale... najpierw o magnetyzmie w ogóle. Pole elektromagnetyczne z gwoździa i pilnika Możesz to zrobić za pomocą pilnika lub nawet zwykłego gwoździa. uzyskać dobrze zaznaczone pola magnetyczne. Wystarczy owinąć je izolowanym drutem i pozwolić przepływać przez niego prądowi. Prąd elektryczny przepływający przez cewki wytworzy pole, a rdzeń gwałtownie je zwiększy. Sam rdzeń takiego prostego elektromagnesu, czy to gwóźdź, czy pilnik, stanie się magnesem. Ale jednocześnie rdzeń magnetyczny wykonany z gwoździa będzie zasadniczo różnił się od magnesu wykonanego z pilnika. Jak myślisz, na czym polega ta różnica? Zostanie to omówione poniżej. Ale jeśli chcesz sam znaleźć różnicę, wykonaj następujące eksperymenty. Owiń izolowany drut o grubości 0,1-0,4 mm wokół zwykłego gwoździa. Podłącz jeden koniec uzwojenia do akumulatora latarki (rys. 1). Posyp małe goździki na stole. Przyłóż główkę gwoździa do małych kołków, a następnie przymocuj drugi koniec uzwojenia do akumulatora. Małe paznokcie natychmiast przyklejają się do główki gwoździa rdzenia. Po wyłączeniu baterie goździkowe natychmiast spadną.
Teraz zróbmy sztuczny magnes z pilnika. Na kole szmerglowym zeszlifuj wycięcie z płaszczyzn pilnika, odetnij z niego niezbędny pasek. Następnie pasek należy pocierać od środka do końcówek - przeciwległymi biegunami magnesów. Sztywna taśma stalowa może być sztucznie namagnesowana w inny sposób - za pomocą stałego prądu elektrycznego. Nawiń drut z dobrą izolacją na stalową płytkę, a następnie włącz uzwojenie przez reostat na kilka sekund. Teraz różnica między namagnesowanym gwoździem a pilnikiem stanie się oczywista. W pierwszym przypadku rdzeń ma właściwości magnetyczne tylko podczas przepływu prądu (wzdłuż zwojów), w drugim przypadku uzyskuje się magnes trwały. Pilnik, w przeciwieństwie do gwoździa, będzie miał magnetyzm szczątkowy. Powodem jest wysoka twardość materiału pilnika. W solidnej stalowej płycie atomy, z których się ona składa, są bardzo „silnie” zorientowane. Dlatego lepiej zachowują swoje właściwości magnetyczne. Przecinając magnes na pół, otrzymujemy dwa identyczne magnesy o różnych biegunach. Powtarzając tę operację ponownie otrzymujemy magnesy o różnych biegunach. Gdybyśmy pocięli magnes na mikroskopijne cząstki, każda z tych cząstek nadal miałaby dwa bieguny: północny (dodatni) i południowy (ujemny). Fakt ten prowadzi do wniosku, że bieguny magnesu nie istnieją oddzielnie, tak jak istnieją cząstki naładowane elektrycznie ujemnie (elektrony) i dodatnio (protony). Możliwe jest jednak wykonanie magnesu z tymi samymi biegunami na końcach. Konieczne jest jedynie pocieranie stalowej płyty tymi samymi słupami, na przykład północnymi, prowadząc je od środka do końców. Wtedy atomy ułożą się w strukturze płyty tak, że bieguny północne będą biegły w jednym kierunku, a południowy w drugim. Igła magnetyczna znajduje się wzdłuż linii sił magnetycznych. Konfiguracja linii pola magnetycznego jest łatwa do uchwycenia za pomocą opiłków żelaza. Po umieszczeniu szklanki z metalowymi opiłkami na magnesie, lekko opukaj szklankę. Każda namagnesowana cząsteczka żelaza będzie małą magnetyczną igłą. Rozciągając się wzdłuż linii sił pola, ujawnią jego konfigurację. Podczas wstrząsania większość trocin przesunie się na słupy. Równikowa część pola przerzedzi się. Ale cząstki naładowane elektrycznie zachowują się zupełnie inaczej. Gdyby ujemnie i dodatnio naładowane cząstki można było wysypać jak trociny na szkło, to naładowane cząstki odpychałyby się od biegunów i skupiały w równikowej strefie pola magnetycznego - w postaci pierścienia. Ale jak to wszystko zobaczyć? Domowe galaktyki Wiązki naładowanych cząstek, w szczególności elektronów (cząstek beta), powstają w betatronach. W nich elektrony rozpędzane są do prędkości niemal światła, a same urządzenia ważą tony, a czasem setki ton. A jednak prawie każdy z nas jest w stanie przeprowadzić eksperyment z wiązką elektronów za pomocą zwykłych telewizorów. Rzeczywiście, w lampie telewizyjnej to elektrony uderzają rzędami w ekran kineskopu, powodując poświatę. Weź silniejszy magnes trwały i przyłóż jego biegun do ekranu. Obraz na ekranie zmieni się w spiralę przypominającą galaktykę. Jeśli obraz jest przekręcony w prawo, oznacza to, że biegun północny magnesu jest przenoszony na ekran. Południowy biegun magnesu tworzy spiralę skręconą w lewo. Kiedy magnes zbliży się do ekranu, pojawi się na nim ciemny pierścień (jeśli magnes jest cylindryczny), a jasny punkt pozostanie w samym środku, przez który przepływ elektronów nadal przechodzi do bieguna. Ciemna plama pokazuje, że bieguny magnetyczne odpychają elektrony, kierują je do równika pola magnetycznego i orbitują wokół magnesu. Elektrony są odpychane przez biegun północny i południowy. Dlatego są one skoncentrowane w płaszczyźnie równikowej pola magnetycznego w postaci dość płaskiego pierścienia, podobnie jak pierścienie planety Saturn.
Chwytając prawą ręką magnes za koniec bieguna północnego, przenieś go poziomo na ekran całą jego płaszczyzną. Obraz na ekranie zostanie wygięty łukiem - w górę powyżej równika pola magnetycznego. Obróć magnes biegunem południowym w prawo - obraz na ekranie pochyli się. Z tych eksperymentów widać, że elektrony krążą w polu magnetycznym w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, jeśli spojrzy się na magnes z bieguna północnego. Jeśli mamy do czynienia z cząstkami naładowanymi dodatnio, to zaczynając od biegunów magnesu, poruszałyby się one w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu elektronów na orbicie. A co się stanie, jeśli magnes zostanie umieszczony na łożyskach i napromieniowany dość silną wiązką elektronów? Prawdopodobnie magnes zacznie się obracać: w przepływie elektronów - zgodnie z ruchem wskazówek zegara, w przepływie protonów - w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Kierunek obrotu magnesu będzie przeciwny do kierunku skręcania naładowanych cząstek. A teraz pamiętajmy, że nasza Ziemia jest ogromnym magnesem, że spada na nią strumień protonów z kosmosu. Teraz jest jasne, dlaczego długo rozmawialiśmy o magnetyzmie, zanim przeszliśmy do obiecanego wyjaśnienia rotacji naszej planety. W jednym okrągłym tańcu Angielski naukowiec W. Gelbert uważał, że Ziemia składa się z kamienia magnetycznego. Później zdecydowano, że Ziemia jest namagnesowana od Słońca. Obliczenia obaliły te hipotezy. Próbowali wyjaśnić magnetyzm Ziemi przepływami masowymi w jej ciekłym metalowym jądrze. Jednak sama ta hipoteza opiera się na hipotezie płynnego jądra Ziemi. Wielu naukowców uważa, że rdzeń jest lity i wcale nie jest żelazny. W 1891 roku angielski naukowiec Schuster najwyraźniej po raz pierwszy próbował wyjaśnić magnetyzm Ziemi poprzez jej obrót wokół własnej osi. Znany fizyk P. N. Lebedev poświęcił wiele pracy tej hipotezie. Założył, że pod wpływem siły odśrodkowej elektrony w atomach przemieszczają się w kierunku powierzchni Ziemi. Z tego powodu powierzchnia musi być naładowana ujemnie, co powoduje magnetyzm. Ale eksperymenty z obrotami pierścienia do 35 tysięcy obrotów na minutę nie potwierdziły hipotezy - magnetyzm nie pojawił się w pierścieniu. W 1947 roku P. Bleket (Anglia) zasugerował, że obecność pola magnetycznego w obracających się ciałach jest nieznanym prawem natury. Blackett próbował ustalić zależność pola magnetycznego od prędkości obrotowej ciała. Znane były wówczas dane o prędkości obrotowej i polach magnetycznych trzech ciał niebieskich – Ziemi, Słońca i Białego Karła – gwiazdy E78 z gwiazdozbioru Panny. Pole magnetyczne ciała charakteryzuje się swoim momentem magnetycznym, obrót ciała - momentem pędu (biorąc pod uwagę wielkość i masę ciała). Od dawna wiadomo, że momenty magnetyczne Ziemi i Słońca są ze sobą tak samo powiązane, jak ich momenty pędu. Gwiazda E78 zaobserwowała tę proporcjonalność! Stąd stało się oczywiste, że istnieje bezpośredni związek między rotacją ciał niebieskich a ich polem magnetycznym.
Odnosiło się wrażenie, że to rotacja ciał wywołała pole magnetyczne. Blacket próbował eksperymentalnie udowodnić istnienie proponowanego przez siebie prawa. Do eksperymentu wykonano złoty cylinder o wadze 20 kg. Ale najbardziej subtelne eksperymenty ze wspomnianym cylindrem nic nie dały. Niemagnetyczny złoty cylinder nie wykazywał śladów pola magnetycznego. Teraz momenty magnetyczne i kątowe zostały ustalone dla Jowisza, a także wstępne dla Wenus. I znowu ich pola magnetyczne, podzielone przez moment pędu, są bliskie liczbie Blacketa. Po takiej zbieżności współczynników trudno przypisać sprawę przypadkowi. Co z tego - obrót Ziemi wzbudza pole magnetyczne, czy też pole magnetyczne Ziemi powoduje jej obrót? Z jakiegoś powodu naukowcy zawsze wierzyli, że obrót jest nieodłącznym elementem Ziemi od czasu jej powstania. Czy tak jest? Albo może nie! Analogia z naszym „telewizyjnym” doświadczeniem rodzi pytanie: czy to dlatego, że Ziemia obraca się wokół własnej osi, jak wielki magnes, znajduje się w strumieniu naładowanych cząstek? Przepływ składa się głównie z jąder wodoru (protonów), helu (cząstek alfa). Elektronów nie obserwuje się w "wietrze słonecznym", powstają one prawdopodobnie w pułapkach magnetycznych w momencie zderzeń cząstek i powstają kaskadowo w strefach ziemskiego pola magnetycznego. Ziemia - elektromagnes Związek między właściwościami magnetycznymi Ziemi i jej jądra jest teraz dość oczywisty. Z obliczeń naukowców wynika, że Księżyc nie ma płynnego jądra, więc nie powinien mieć też pola magnetycznego. Rzeczywiście, pomiary za pomocą rakiet kosmicznych wykazały, że Księżyc nie ma wokół siebie zauważalnego pola magnetycznego. Ciekawe dane uzyskano w wyniku obserwacji prądów ziemskich w Arktyce i Antarktyce. Natężenie ziemskich prądów elektrycznych jest tam bardzo duże. Jest dziesiątki i setki razy większa niż intensywność na średnich szerokościach geograficznych. Fakt ten wskazuje, że napływ elektronów z pierścieni ziemskich pułapek magnetycznych intensywnie wnika do Ziemi przez czapy polarne w strefach biegunów magnetycznych, tak jak w naszym eksperymencie z telewizorem. W momencie wzmożonej aktywności słonecznej wzrastają również ziemskie prądy elektryczne. Teraz prawdopodobnie można uznać za ustalone, że prądy elektryczne na Ziemi są spowodowane prądami mas jądra Ziemi i napływem elektronów do Ziemi z kosmosu, głównie z jej pierścieni radiacyjnych. Tak więc prądy elektryczne powodują pole magnetyczne Ziemi, a pole magnetyczne Ziemi z kolei oczywiście wprawia Ziemię w ruch obrotowy. Łatwo się domyślić, że prędkość obrotu Ziemi będzie zależała od stosunku cząstek naładowanych ujemnie i dodatnio, wychwytywanych przez jej pole magnetyczne z zewnątrz, a także narodzonych w polu magnetycznym Ziemi. Autor: I.Kirilov
▪ tsunami ▪ Silnik elektryczny ze spinaczy do papieru
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Odkryto nowy rodzaj biomolekuł ▪ Solar Impulse 2 kończy lot dookoła świata
▪ sekcja serwisu Regulatory prądu, napięcia, mocy. Wybór artykułów ▪ artykuł Piasek wypada z kogoś. Popularne wyrażenie ▪ artykuł Po co są odciski palców? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Odbiorca towaru. Opis pracy ▪ artykuł Lutowanie aluminium w domu. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł Uwaga, prędkość! doświadczenie chemiczne. Doświadczenie chemiczne
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony