Урок "Магнітні властивості речовин та їх застосування. Гіпотеза Ампера"

Дата____________ Класс: 9                                                     Учитель ХООШ №56 Масалитина А.М.

Урок№ 8____

 Магнитные свойства вещества и их применение. Гипотеза Ампера.

Цели: организация работы по усвоению учениками понятий о магнитных свойствах вещества, научных фактов по данному вопросу.

Задачи урока:

1) образовательные: а) познакомить учащихся с разными веществами по их магнитным свойствам и их применением; б) дать представление о магнитной проницаемости, о доменах; в) рассмотреть соответственные опыты; г) активизировать познавательную активность учащихся;

2) развивающие: Развитие коммуникативных навыков работы в группе, навыков критического мышления, умения сравнивать, анализировать, синтезировать, делать выводы

продолжить развитие умения анализировать, сопоставлять, сравнивать, выделять главное, приводить примеры применения разных магнетиков, продолжить развитие умения принимать самостоятельные решения, доказывать свою точку зрения и принимать чужую; формировать умения работы с различными источниками учебной информации;

3) воспитательные: • Воспитание навыков взаимопонимания и взаимопомощи, эффективного группового общения, навыков само- и взаимно-оценивания, создание учениками личного опыта в приобретении знаний и продукта своей деятельности; обеспечение индивидуального личностного роста потенциала ученика.

Тип урока: урок формирования новых знаний.

Вид урока: урок-лекция.

Ход урока:

І. Организационный этап

ІІ. Проверка домашнего задания.

ІІІ.Актуализация знаний.

Физический диктант.

Отвечают на вопросы на листочках.

Мотивация.

Таким образом тела, помещенные в магнитное поле, обладают магнитными свойствами. Сегодня мы подробнее разберем, что это за свойства. Запишите Тема урока: Магнитные свойства вещества.

IV. Изучение нового материала.

• гипотеза Ампера. 
• природа диа -, пара- и ферромагнетизма
•  практическая значимость использования магнитомягких и магнитожестких материалов 

В результате того, что вещества, помещенные в магнитное поле, намагничиваются, т. е. сами становятся источниками магнитного поля, вектор магнитной индукции при наличии вещества отличается от вектора магнитной индукции в вакууме.

Физическая величина, показывающая, во сколько раз индукция магнитного поля в одной среде больше  или меньше индукции магнитного поля в вакууме, называется магнитной проницаемостью среды µ.

В – магнитная индукция в среде.

В0 – магнитная индукция в вакууме.

Вещество, создающее собственное магнитное поле, называется намагниченным. Намагниченность возникает при помещении вещества во внешнее магнитное поле.

Причина, вследствие которой тела обладают магнитными свойствами, была установлена французским ученым Ампером.

Согласно его теории в любом теле существуют микроскопические электрические токи, обусловленные движением электронов в атомах и молекулах. Сейчас мы уже знаем, что эти токи представляют собой движение электронов по орбитам в атоме (наличие у электрона собственного магнитного момента). Именно этими движениями в атоме и определяется магнитные свойства вещества. Эти микроскопические токи создают собственное магнитное поле В_с, поэтому магнитная индукция В в среде отличается от индукции В₀ внешнего магнитного поля в той же точке пространства в отсутствие среды, т. е. в вакууме.

Если плоскости, в которых циркулируют эти токи, расположены беспорядочно по отношению друг к другу из-за теплового движения молекул, то их действия взаимно компенсируются, и никаких магнитных свойств тело не обнаруживает. Однако, микроскопические токи под действием магнитного поля определенным образом ориентируются, вследствие чего в веществе и возникает собственное магнитное поле.

Вектор собственной магнитной индукции среды может быть, как со- направлен с вектором магнитной индукции внешнего поля, так и противоположен ему.

Разная магнитная восприимчивость веществ определяет различие их магнитных свойств. Существует три основных класса веществ с резко отличающимися магнитными свойствами: диамагнетики, парамагнетики и ферромагнетики.

Диамагнетик — вещество, у которого вектор индукции собственного магнитного поля, направленный противоположно вектору магнитной индукции внешнего (намагничивающего) поля, значительно меньше его по модулю.

Т. е. это такие вещества, у которых магнитная восприимчивость отрицательна. Другими словами если к веществу подносят магнит, а оно при этом отталкивается, вместо того чтобы притягиваться.

Диамагнетики ослабляют внешнее магнитное поле.

Диамагнетиками являются многие газы (водород, гелий, азот, двуокись углерода), плазма, металлы (золото, серебро, медь, висмут), стекло, вода, соль, резина, алмаз, дерево, пластики и

У диэлектриков µ  чуть <1. µ_{висмута}=0,. 9998

Парамагнетик — вещество, у которого вектор индукции собственного магнитного поля, со направленный с вектором магнитной индукции внешнего (намагничивающего) поля, меньше его по модулю.

Это такие вещества, у которых магнитная восприимчивость положительная. Другими словами если к веществу подносят магнит, возникает сила притяжения.

Парамагнетики очень слабо усиливают внешнее магнитное поле.

Парамагнетиками являются кислород, алюминий, платина, уран, щелочные и щелочноземельные металлы.

У парамагнетиков µ чуть>1.  µ_{алюминия}=1,000023 (кислород, никель и др.).

Ферромагнетик — вещество, у которого вектор индукции собственного магнитного поля, со направленный с вектором магнитной индукции внешнего (намагничивающего) поля, значительно превышает его по модулю

Ферромагнетиками являются железо, кобальт, никель, их сплавы, редкоземельные элементы.

Эти вещества усиливают внешнее магнитное поле.

В атомах ферромагнетиков собственная индукция создается не только за счет обращения электронов вокруг ядер, а еще за счет их собственного вращения Собственный вращающий момент электрона называется спином (моментом импульса). Электроны всегда как бы вращаются вокруг своей оси и, обладая зарядом, создают магнитное поле наряду с полем появляющимся за счет их орбитального движения вокруг ядра.

В результате взаимодействия атомов ферромагнетика возникают области самопроизвольной намагниченности, называемой доменом (от франц. domaine — владение). В пределах одного домена спины всех атомов ориентированы параллельно.

В отсутствии внешнего магнитного поля ориентация спинов соседних доменов меняется произвольно.

Если внести ферромагнетик в магнитное поле, то магнитные моменты (спины) доменов начинают перестраиваться, пока все не выстроятся в направлении внешнего магнитного поля.

Для ферромагнетиков  µ >>1. µ_стали = 8^.10³ . Сплав железа с никелем: µ =2,5^.10⁵.

Ферромагнетики обладают остаточным магнетизмом, т. е. собственной магнитной индукцией в отсутствии внешнего магнитного поля.

Ферромагнитные свойства могут также исчезать при сильном нагревании образца. Беспорядочное тепловое движение атомов становится столь значительным, что упорядоченная доменная структура ферромагнетиков разрушается: материал становится парамагнетиком. Переход ферромагнетика в парамагнитное состояние происходит при определенной критической температуре, различной для разных материалов, называемой температурой Кюри. Впервые в 1894 г. известный французский ученый Пьер Кюри открыл это явление и измерил критическую температуру железа: Т_к = 768 °С.

Температура Кюри — критическая температура, выше которой происходит переход вещества из ферромагнитного состояния в парамагнитное.

Поэтому сильный нагрев постоянного магнита приводит к его размагничиванию.

Первые детальные исследования магнитных свойств ферромагнетиков были выполнены выдающимся русским физиком А. Г. Столетовым (1839-1896).

Ферромагнетики применяются довольно широко: в качестве постоянных магнитов (в электроизмерительных приборах, громкоговорителях, телефонах и так далее), стальных сердечников в трансформаторах, генераторах, электродвигателях (для усиления магнитного поля и экономии электроэнергии). На магнитных лентах, которые изготовлены из ферромагнетиков, осуществляется запись звука и изображения для магнитофонов и видеомагнитофонов. На тонкие магнитные пленки производится запись информации для запоминающих устройств в электронно-вычислительных машинах.

Делают записи в тетрадях.

V. Рефлексия

Организуется беседа с целью осмысления участниками урока своих собственных действий в ходе урока.

Вопросы:

 1.На уроке я работал

 2.Своей работой на уроке я
 3.Урок для меня показался
 4.За урок я

1.активно / пассивно
2.доволен / не доволен
3. коротким / длинным
4.не устал / устал

VI. Подведение итогов. Домашнее задание. Параграф № 5 изучить, Упр. №5 (2-6) выполнить.

Тест по теме «Магнитные свойства вещества» 

 1. Какие вещества пригодны для изготовления постоянных магнитов? 
A) Парамагнетики. Б) Диамагнетики. C) Ферромагнетики. 

2. Отношение модуля общей индукции к модулю индукции поля самой катушки называется… 
A) Магнетик. Б) Магнитный гистерезис. C) Магнитная проницаемость. 
3. Что называют точкой Кюри? A) Определенная температура для каждого диамагнетика, выше которой диамагнитные свойства исчезают. Б) Определенная температура для каждого ферромагнетика, выше которой ферромагнитные свойства исчезают. C) Определенная температура для каждого парамагнетика, выше которой парамагнитные свойства исчезают. 

4. Магнитожесткие материалы… A) Сохраняют свою намагниченность после удаления их из магнитного поля. Б) Почти полностью размагничиваются, когда внешнее магнитное поле исчезает. 
C) Нет правильного варианта ответа. 
5. Магнитомягкие материалы… A) Почти полностью размагничиваются, когда внешнее магнитное поле исчезает. Б) Сохраняют свою намагниченность после удаления их из магнитного поля. 
C) Нет правильного варианта ответа. 
6. Вещества, у которых μ = 1, называют A) Парамагнетики. Б) Ферромагнетики. C) Диамагнетики. 

7. Вещества, у которых µ <1  называют A) Парамагнетики. Б) Ферромагнетики. C) Диамагнетики.

Тест по теме «Магнитные свойства вещества» 

 1. Какие вещества пригодны для изготовления постоянных магнитов? 
A) Парамагнетики. Б) Диамагнетики. C) Ферромагнетики. 

2. Отношение модуля общей индукции к модулю индукции поля самой катушки называется… 
A) Магнетик. Б) Магнитный гистерезис. C) Магнитная проницаемость. 
3. Что называют точкой Кюри? A) Определенная температура для каждого диамагнетика, выше которой диамагнитные свойства исчезают. Б) Определенная температура для каждого ферромагнетика, выше которой ферромагнитные свойства исчезают. C) Определенная температура для каждого парамагнетика, выше которой парамагнитные свойства исчезают. 

4. Магнитожесткие материалы… A) Сохраняют свою намагниченность после удаления их из магнитного поля. Б) Почти полностью размагничиваются, когда внешнее магнитное поле исчезает. 
C) Нет правильного варианта ответа. 
5. Магнитомягкие материалы… A) Почти полностью размагничиваются, когда внешнее магнитное поле исчезает. Б) Сохраняют свою намагниченность после удаления их из магнитного поля. 
C) Нет правильного варианта ответа. 
6. Вещества, у которых μ = 1, называют A) Парамагнетики. Б) Ферромагнетики. C) Диамагнетики. 

7. Вещества, у которых µ <1 называют A) Парамагнетики. Б) Ферромагнетики. C) Диамагнетики.

Тест по теме «Магнитные свойства вещества» 

1. Какие вещества пригодны для изготовления постоянных магнитов? 
A) Парамагнетики. Б) Диамагнетики. C) Ферромагнетики. 

2. Отношение модуля общей индукции к модулю индукции поля самой катушки называется… 
A) Магнетик. Б) Магнитный гистерезис. C) Магнитная проницаемость. 
3. Что называют точкой Кюри? A) Определенная температура для каждого диамагнетика, выше которой диамагнитные свойства исчезают. Б) Определенная температура для каждого ферромагнетика, выше которой ферромагнитные свойства исчезают. C) Определенная температура для каждого парамагнетика, выше которой парамагнитные свойства исчезают. 

4. Магнитожесткие материалы… A) Сохраняют свою намагниченность после удаления их из магнитного поля. Б) Почти полностью размагничиваются, когда внешнее магнитное поле исчезает. 
C) Нет правильного варианта ответа. 
5. Магнитомягкие материалы… A) Почти полностью размагничиваются, когда внешнее магнитное поле исчезает. Б) Сохраняют свою намагниченность после удаления их из магнитного поля. 
C) Нет правильного варианта ответа. 
6. Вещества, у которых μ = 1, называют A) Парамагнетики. Б) Ферромагнетики. C) Диамагнетики. 

7. Вещества, у которых µ <1  называют A) Парамагнетики. Б) Ферромагнетики. C) Диамагнетики.

Магнитная левитация

Слово «левитация» происходит от английского «levitate» - парить, подниматься в воздух. левитация — это преодоление объектом гравитации, когда он парит и не касается опоры, не отталкиваясь при этом от воздуха, не используя реактивную тягу. С точки зрения физики, левитация — это устойчивое положение объекта в гравитационном поле, когда сила тяжести скомпенсирована и имеет место возвращающая сила, обеспечивающая объекту устойчивость в пространстве.

В частности магнитная левитация — это технология подъёма объекта с помощью магнитного поля, когда для компенсации ускорения свободного падения или любых других ускорений используется магнитное действие на объект. Как известно, у Земли, в силу сложившегося миропорядка, существует определенное гравитационное поле, а мечтой человека всегда было преодоление его любыми способами. На деле под левитацией подразумевается преодоление предметом гравитации при помощи магнитного поля.

Техническая левитация

Разделяется также электростатическая и электродинамическая левитация. Возможность частиц под воздействием света осуществлять движение была предугадана еще Кеплером. А существование давления света доказано Лебедевым. Левитация аэродинамическая, отличаясь от оптической довольно широко применима в технологиях.  Кстати, «подушка» - один из ее разновидностей. Простейшая воздушная подушка получается очень легко - в подложке-носителе сверлятся множество отверстий и через них продувается сжатый воздух. При этом воздушная подъемная сила  уравновешивает массу предмета, и тот парит в воздухе.

Какие есть примеры магнитной левитации? Фантасты мечтали о портативных аппаратах размером с рюкзак, которые могли бы «левитировать» человека в нужном ему направлении со значительной скоростью. Наука пока пошла по другому пути, более практичному и осуществимому – был создан поезд, перемещающийся с помощью магнитной левитации.

Впервые идею состава, использующего линейный двигатель, подал (и даже запатентовал) немецкий инженер-изобретатель Альфред Зейн. И было это в 1902 году. После этого разработки электромагнитного подвеса и поезда, оснащенного им, появлялись с завидной регулярностью: в 1906 г. Франклин Скотт Смит предложил еще один прототип, между 1937 и 1941 гг. ряд патентов по этой же теме получил Герман Кемпер, а чуть позже британец Эрик Лэйзвейт создал работающий прототип двигателя в натуральную величину. В 60-х он же участвовал в разработке Tracked Hovercraft, который должен был стать самым скоростным поездом, но так и не стал, поскольку из-за недостаточного финансирования в 1973-м проект был закрыт.

 Только шесть лет спустя, причем снова в Германии, был построен поезд на магнитной подушке, получивший лицензию на пассажирские перевозки. Испытательный трек, проложенный в Гамбурге, имел длину меньше километра, но сама идея так вдохновила общество, что поезд функционировал и после закрытия выставки, успев за три месяца перевезти 50 тысяч людей. Скорость его, по современным меркам, была не так уж велика – всего 75 км/ч. Не выставочный, а коммерческий маглев (так нарекли поезд, использующий магнит), курсировал между аэропортом Бирмингема и железнодорожной станцией с 1984 г., и продержался на своем посту 11 лет. Длина пути была еще меньше, всего 600 м, а над полотном поезд поднимался на 1,5 см

Японский вариант.  к концу 90-х на ее территории уже проложены несколько довольно протяженных трасс, по которым летают маглевы, использующие такое явление как левитация магнитная. Этой же стране принадлежат и скоростные рекорды, поставленные данными поездами. Последний из них показал скоростной режим более 550 км/ч.

Дальнейшие перспективы использования. С одной стороны, маглевы привлекательны своими возможностями быстрого перемещения: по расчетам теоретиков, их можно будет в ближайшем будущем разогнать вплоть до 1 000 км/ч. Ведь их приводит в действие левитация магнитная, а тормозит только сопротивление воздуха. К тому же, из-за того, что рельсов они не касаются, износ у таких поездов крайне медленный, что экономически весьма выгодно. Еще один плюс – снижение шумового эффекта: маглевы передвигаются почти бесшумно по сравнению с обычными поездами. Бонусом также идет использование в них электроэнергии, что позволяет снизить вредное воздействие на природу и атмосферу. Кроме того, поезд на магнитной подушке способен преодолевать более крутые склоны, а это исключает необходимость прокладки железнодорожного полотна в обход холмов и спусков.

Летательные аппараты. В проблеме, как осуществить магнитную левитацию, напрашивается резонный вопрос: когда же, наконец, будет изготовлен и представлен прогрессивному человечеству полноценный летательный аппарат, в котором будет использована левитация магнитная? Ведь косвенные свидетельства, что подобные «НЛО» существовали, имеются. Вопрос остается открытым: как воплотить все эти идеи в жизнь? Но дальше не слишком жизнеспособных опытных образцов у современных изобретателей дело пока не идет. А может, это еще слишком секретная информация?