Урок фізики . Магнітні властивості речовин. Використання магнітного поля
1
Урок 08 Магнітні властивості речовин. Гіпотеза Ампера
Предметна компетентність: сформувати знання про дію магнітного поля на речовину, про слабомагнітні та сильномагнітні речовини. Показати на прикладах їз життя, як можна використовувати магнітне поле у різних сферах діяльності людини. Учні повинні усвідомлювати, як магнітне поле впливає на речовину, пояснювати основні властивості слабомагнітних речовин (діамагнетиків, парамагнетиків) і сильномагнітних речовин (феромагнетиків), розуміти суть гіпотези Ампера.
Наочність і обладнання: навчальна презентація, комп’ютер, підручник, магніт, цвяшки, скріпки, алюмінієві монетки, шматочки крейди
Хід уроку
І. ОРГАНІЗАЦІЙНИЙ ЕТАП
II. АКТУАЛІЗАЦІЯ ОПОРНИХ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ
Ми живемо з вами у дуже цікавий час, кожного дня стаються якісь відкриття, з’являються нові пристрої, вдосконалюються існуючі пристрої. Іноді навіть важко встигати за таким темпом розвитку! І ось сьогодні, я хочу познайомити вас із ще одним чудом техніки – індукційною плитою. Може вдома у когось вже є?
Давайте переглянемо відео
Отож ви побачили, що під час роботи такої плити посуд нагрівається, а сама плита залишається холодною! Це як?!
А вся справа в тому, що в середині плити є котушка, через яку пропускають струм. А ви знаєте, що коли через котушку проходить струм, то вона перетворюється на магніт. Це магнітне поле збуджує електрони в металевому посуді, виникають мікроструми і посуд розігрівається.
Відео
Отже, посуд має бути з певної речовини. Бо якщо посуд буде скляний, або керамічний, або чавунний, то він залишається холодним.
Отже, магнітне поле не чинить жодного впливу на деякі речовини?
IІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ
1. Дія магнітного поля на речовину
Будь-яка речовина, поміщена в магнітне поле, намагнічується, тобто створює власне магнітне поле.
Але одні речовини створюють магнітне поле, яке співпадає за напрямком з зовнішнім, а у інших воно протилежно напрямлене
Тому всі речовини поділяють на:
- Діамагнетики (послаблюють магнітне поле);
- Парамагнетики та феромагнетики (посилюють магнітне поле).
2. Слабомагнітні речовини
Слабомагнітні речовини – це речовини, які створюють слабке магнітне поле, індукція якого набагато менша за індукцію зовнішнього магнітного поля (поля, яке спричинило намагнічування).
До таких речовин належать діамагнетики та парамагнетики.
Діамагнетики – це речовини, які створюють слабке магнітне поле, напрямлене протилежно зовнішньому.
(Червоні лінії – лінії магнітного поля, створеного зразком; сині лінії – магнітні лінії зовнішнього поля)
Діамагнетики незначно послаблюють зовнішнє магнітне поле та виштовхуються з нього.
Проблемне питання
• Чому діамагнітна речовина виштовхується з магнітного поля?
До діамагнетиків належать інертні гази (гелій, неон тощо), багато металів (наприклад, золото, мідь, ртуть, срібло), молекулярний азот, вода та ін. Тіло людини є діамагнетиком, адже воно на 60 % складається з води.
Парамагнетики – це речовини, які створюють слабке магнітне поле, напрямлене в бік зовнішнього.
(Зелені лінії – лінії результуючого магнітного поля)
Парамагнетики незначно посилюють зовнішнє магнітне поле та втягуються в нього.
До парамагнетиків належать кисень, платина, алюміній, лужні та лужноземельні метали.
Якщо слабомагнітні речовини вийняти з магнітного поля, то їхня намагніченість відразу зникне.
Феромагнетики – це сильномагнітні речовини, які створюють сильне магнітне поле, напрямлене в бік зовнішнього.
Феромагнетики залишаються намагніченими й у разі відсутності зовнішнього магнітного поля, посилюють зовнішнє магнітне поле в сотні й тисячі разів і втягуються в нього.
Проблемне питання
• Поясніть, чому на постійному магніті міцно утримуються тільки предмети, виготовлені з феромагнітних матеріалів?
До феромагнетиків належить невелика група речовин: залізо, нікель, кобальт, рідкоземельні речовини та низка сплавів.
Феромагнітні матеріали умовно поділяють на два типи.
Жорсткомагнітні матеріали – це матеріали, які після припинення дії зовнішнього магнітного поля залишаються намагніченими довгий час. (Застосовують для виготовлення постійних магнітів.)
М’якомагнітні матеріали – це матеріали, які легко намагнічуються і швидко розмагнічуються. (застосовують для виготовлення осердь електромагнітів, двигунів, трансформаторів, тобто пристроїв, які під час роботи постійно перемагнічуються)
Температура Кюрі – це температура, за якої феромагнетик втрачає намагніченість.
4. Гіпотеза Ампера
А. Ампер спостерігаючи дію на магнітну стрілку провідника зі струмом і з’ясувавши, що котушки зі струмом поводяться як постійні магніти, висунув гіпотезу щодо пояснення магнітних властивостей речовин.
Гіпотеза Ампера:
Всередині речовини існує величезна кількість незгасаючих малих колових струмів.
Механізм намагнічування тіл відповідно до гіпотези Ампера:
а – колові струми орієнтовані безладно, тіло не є намагніченим;
б – колові струми орієнтовані в певному напрямку, тіло намагнічене.
За гіпотезою Ампера, усередині молекул та атомів циркулюють елементарні електричні струми. На сьогодні ми добре знаємо, що ці струми утворюються внаслідок руху електронів в атомах, тобто кожен атом має магнітні властивості. Якщо атоми всередині тіла орієнтовані хаотично внаслідок теплового руху, то дії внутрішньоатомних струмів взаємно компенсуються і магнітних властивостей тіло не виявляє (рис. а). У намагніченому стані елементарні струми в тілі орієнтовані так, що їхні дії додаються (рис. б).
Гіпотеза Ампера пояснює, чому магнітна стрілка й рамка зі струмом у магнітному полі поводяться однаково. Стрілку (постійний магніт) можна розглядати як велику складну сукупність маленьких рамок зі струмом, зорієнтованих однаково.
Сучасна теорія магнетизму ґрунтується на законах квантової механіки і теорії відносності А. Ейнштейна.
ІV. ПІДБИТТЯ ПІДСУМКІВ УРОКУ
Застосування феромагнітних властивостей у медицині:
Магнітне поле використовується у медицині для виймання дрібненьких кусочків заліза, що потрапить в око, або осколків від розриву снаряду чи гранати, які застряли недалеко від поверхні тіла. Магнітне поле широко використовується також для лікування ряду захворювань. Вам, певно, доводиться чути про такі апарати як ВЧ, УВЧ, рентген та інші, що створюють магнітне поле.
Магнітно-резонансні томографи (МРТ) також працюють за допомогою електромагнітів. Це спеціалізований медичний метод для обстеження внутрішніх органів людини, які недоступні для безпосереднього обстеження.
Магнітне поле у техніці
Справжнє диво техніки - японський поїзд на магнітній подушці, здатний розвивати швидкість до 320 кілометрів на годину. У ньому використовуються електромагніти, що допомагають парити в повітрі і неймовірно швидко пересуватися.
Магнітне поле в сільському господарстві
Магнітні сили підвищують урожай. Так, помідори, вирощені в штучному магнітному полі, дозрівають швидше і дають більше плодів. Ученим треба ще багато зробити, щоб добре вивчити загадки взаємодії магнітного поля і рослин.
У результаті багаторічних спостережень канадські вчені –біологи прийшли до висновку, що пшениця, посіяна в напрямі схід-захід росте краще і дає більший врожай, ніж посіяна в напрямі північ-південь. Це явище канадські вчені пояснюють чутливість рослин до магнітного поля Землі. Поле електромагнітів використовують для очищення насіння культурних сільськогосподарських рослин від насіння бур’янів. Для цього все насіння зміщують з дрібним залізним порошком, який прилягає до насіння бур’янів і не прилягає до гладенької поверхні насіння культурних рослин. Коли суміш насіння проходить повз електромагніт, то насіння бур’янів притягується до електромагніту і таким чином відокремлюється від насіння культурних рослин.
VI. Домашнє завдання
Опрацювати § 5
про публікацію авторської розробки
Додати розробку