Заняття на тему "Магнітне поле".

ПЛАН ЗАНЯТТЯ

Тема заняття: Магнітне поле струму

Мета заняття:

Методична – удосконалення методики проведення лекції з використанням
евристичної бесіди, демонстрації дослідів і слайдів.

Навчальна – формування знань про реальність та об’єктивність існування
магнітного поля.

Знати: визначення магнітного поля, його властивості, величини, які дозволяють
кількісно описувати магнітне поле струму, характеристики парамагнетиків,
діамагнетиків, феромагнетиків, властивості магнітного поля Землі.

Вміти: виконувати розрахунки магнітного потоку, застосовувати правило буравчика, правила правої та лівої руки.

Виховна – сприяти формуванню світоглядної ідеї пізнання явищ і властивостей
навколишнього світу; розкрити значення нагромадження фактів та їхнього
уточнення при пізнанні явищ; реалізувати на матеріалах теми екологічне,
професійне й моральне виховання.

Розвиваюча – формування та розвиток пізнавального інтересу студентів; сприяти розкриттю індивідуальних здібностей студентів; розвивати вміння самостійно працювати з додатковою літературою при підготовці повідомлень, доповідей; сприяти розвитку риторики.

Вид заняття: лекція.

Форма проведення заняття: викладення нового матеріалу за допомогою евристичної бесіди, демонстрації дослідів і слайдів.

Міжпредметні зв'язки:

Забезпечуючі – математика.

Забезпечувані – основи електротехніки, комп’ютерна схемотехніка, комп’ютерні
мережі, проектування автоматизованих інформаційних систем.

Методичне забезпечення: рефлексивні картки, слайди.

ХІД ЗАНЯТТЯ

Організаційний момент. Вітання студентів. Викладач приймає рапорт чергового студента, вітається з навчальною групою студентів. Підготовка аудиторії до заняття, перевірка наявності студентів. Викладач перевіряє наявність студентів на занятті, заповнює класний журнал.

Ознайомлення студентів з темою та навчальними цілями заняття.

Тема заняття: Магнітне поле струму.

Мета заняття:

Знати: визначення магнітного поля, його властивості, величини, які дозволяють кількісно описувати магнітне поле струму, характеристики парамагнетиків, діамагнетиків, феромагнетиків, властивості магнітного поля Землі.

Вміти: виконувати розрахунки магнітного потоку, застосовувати правило буравчика, правила правої та лівої руки.

Мотивація навчання.

Людину пронизують міріади магнітних полів різного походження. Вона
звикла до магнітних явищ і ставиться до них поблажливо, часом навіть не
підозрюючи, скільки магнітів навколо і яку дію (добру або погану) вони
здійснюють на живі організми. Досить сказати, що Земля – гігантський
блакитний магніт, а Сонце – жовта плазмова куля – ще більш грандіозний
магніт. Як майбутні програмісти, що працюють із комп’ютерною технікою
студенти повинні знати про магнітне поле та не забувати про його шкідливий
вплив на живі організми.

Актуалізація опорних знань.

Проводиться в усній формі. Питання для актуалізації опорних знань:

1. Що таке матерія? (Відповідь: Матерія – це усе те, що реально існує поза
нашою свідомістю і що може сприйматися нашими органами чуття
безпосередньо чи за допомогою приладів.)

2. Назвіть форми існування матерії. (Відповідь: поле і речовина)

3. Вивчення, якого поля закінчили? (Відповідь: електричного)

Письмове опитування

Взаємоперевірка відповідей студентами.

Коментар відповідей студентів.

Викладач визначає рівень засвоєння студентами матеріалу попередніх лекцій і
відзначає студентів, які брали активну участь у відповідях і які допустили
характерні неточності, дає рекомендації по відвідуванню консультацій тим, хто
показав недостатні знання.

Викладання та вивчення нового матеріалу.

План лекції.

1.      Магніт та його властивості. Використання магніту.
2.      Дослідне обґрунтування наявності магнітного поля.
3.      Визначення і властивості магнітного поля.
4.      Характеристики магнітного поля.
5.      Магнітне поле в речовині.
6.      Земля – це великий магніт.

Хід викладання та вивчення програмних питань лекції

Магніт та його властивості. Використання магніту.

Питання для активізації розумової діяльності: Що спільного в предметах, які перебувають на столі? (магнітофон, магнітна стрічка, магніт, магнітний залізняк, дискета, компас).

Правильна відповідь: магнітні явища.

Перші відомості про магніти губляться в далекій давнині. У стародавніх літописах зберіглася згадка про те, що в 1110 р. до н.е. у Китаї були пристрої (очевидно, магнітні), що показували напрямок на південь. Перші магніти були природного походження. Виявилося, що це були шматки руди — магнітного залізняку (магнетиту). Про магніти ще в 1269 р. П’єром Перегріном з Марикута була написана книга, що називалася «Листи про магніти». У цій книзі були зібрані майже всі відомі в той час властивості магнітів. П. Перегрін встановив, що якщо сталеву спицю потерти магнітом природного походження, тобто природним, то спиця теж стане магнітом, як ми говоримо, намагнітиться. Такі магніти одержали назву штучних магнітів.

Питання для активізації розумової діяльності: Звідки виникло слово – магніт?

Слово магніт виникло від слова «Магнесії», так називалося невелике місто в Туреччині. Історія така: пастух, відшукуючи вівцю, що загубилася, заблукав у незнайоме місце. Навкруги було багато чорних каменів, які нічим особливим не відрізнялися від звичайних. Але коли він наступив на один з них, то відчув, що підошви його взуття, підкованого залізом, прилипали до цього каменю. Пастух, зацікавившись, доторкнувся до каменю своїм ціпком із залізним наконечником і ледь утримав його. Він так само притягся до каменю, як і підошва взуття. Не знаю, де був знайдений перший магніт, але різні народи по - своєму називали магніт. Греки, наприклад, називали його «особливим каменем», або «тим каменем». Іноді, щоб підкреслити силу магніту, його називали «каменем Геркулеса». Магніт - і «люблячий камінь», тому що він притискає до себе залізо, як мати своє дитя, і «мудре залізо», і «царствений камінь» - які тільки назви йому не давали в різні століття й у різних країнах. Назв у магніту багато, але остаточна назва походить від міста Магнессії (тепер це місто Маниса в Туреччині). Камені, знайдені недалеко від цього міста, мали дивну властивість, будучи вільно підвішені, завжди орієнтувалися в певному напрямку.

Питання для активізації розумової діяльності: Якому вченому належить перший науковий твір про магнетизм?

Правильна відповідь: Вільяму Гильберту.

Повідомлення студента: Вільям Гильберт.

У книзі «Про магніт, магнітні тіла та про великий магніт — Землю», опублікованої в 1600 р., В. Гильберт описав наступні властивості магнітів:

 - магніт володіє в різних частинах різною притягальною силою; на полюсах ця сила найбільш помітна;

- магніт має два полюси: північний і південний, вони різні за своїми властивостями;

- різнойменні полюси притягаються, однойменні відштовхуються;

- магніт, підвішений на нитці, розташовується певним чином у просторі, указуючи північ і південь;

- неможливо одержати магніт з одним полюсом;

- земна куля — великий магніт;

- при сильному нагріванні магнітні властивості природних і штучних магнітів зникають;

- магніти роблять свою дію через скло, шкіру й воду.

Для чого використовуються магніти?

Існують сотні способів використання магнітів. Так, дехто вважає, що магніти потрібні для утримання улюбленої фотографії на дверцятах холодильника, але це тільки одне застосування магнітів. У загальному випадку, магніти використаються для утримання, поділу, контролю, транспортування й підняття різних об'єктів, а також для перетворення електричної енергії в механічну й навпаки.

Ось зразок, далеко не повного списку використання магнітів.

Усередині житла: навушники, стереоколонки, слухавка, електродзвоник,
утримувач по периметру дверцят холодильника, що записують і відтворюють
голівки аудіо - і відеоапаратури, що записують і відтворюють голівки дисководу й
жорсткого диска комп'ютера, магнітна смужка на банківській карті, що
управляють і розмагнічують магнітні системи в телевізорі, вентилятори,
трансформатори, магнітні замки.

Усередині двигунів: двигуни для обертання CD/DVD дисків і для позиціювання
голівок, стрічкопротягуючі двигуни для аудіо - і відеоапаратури, насос і таймер у
посудомийній і пральній машинах, компресор у холодильнику, електрична зубна
щітка, двигун для вібратора в стільниковому телефоні.

В автомобілі: двигун стартера, внутрішній вентилятор двигуна, блокатори
дверей, склопідйомники, регулятор бічного дзеркала, насос для рідини, що
очищає, датчики швидкості, генератор змінного струму, реле стартера.

Дослідне обґрунтування наявності магнітного поля.
Довгий час магнітні й електричні явища вважалися різними сутностями, не зв'язаними одне з одним. Уперше зв'язок між цими явищами встановив Ганс
Христиан Ерстед. Історія цього відкриття досить курйозна.

Дослід Ерстеда. 15 лютого 1820 року Ерстед, уже заслужений професор, читав своїм студентам лекцію по фізиці. На лабораторному столі перебували вольтов стовп,
дроти, що замикають його, затискачі і компас. У той час, коли Ерстед замикав
ланцюг, стрілка компаса здригалася й поверталася в напрямку до дроту. Це було
перше безпосереднє підтвердження зв'язків електрики й магнетизму. Це було те,
що так довго шукали всі європейські й американські фізики. Рішення проблеми
було неймовірно просте. Здавалося б, все зрозуміло. Ерстед продемонстрував
студентам ще одне підтвердження своєї давньої ідеї про загальний зв'язок
різнорідних явищ. Але чому ж виникають сумніви, чому навколо цієї події згодом
розгорілося так багато палких суперечок? Справа в тому, що студенти, що були
присутнім на лекції, розповідали потім зовсім інше. За їхніми словами, Ерстед
хотів продемонструвати на лекції всього лише цікаву властивість електрики
нагрівати дріт, а компас виявився на столі зовсім випадково. Саме випадковістю
пояснили вони те, що компас лежав поруч із цим дротом, і зовсім випадково, на
їхню думку, один із уважних студентів звернув увагу на стрілку, що повертається,
а подив професора, за їхніми словами, був непідробленим. Сам Ерстед у своїх
пізніших роботах писав: «Всі присутні в аудиторії - свідки того, що я заздалегідь
оголосив про результат експерименту. Відкриття, таким чином, не було
випадковістю, як би не це хотів скласти професор Гильберт із тих виразів, які я
використав при першому оповіщенні про відкриття». Потрібно сказати, що
відхилення стрілки компаса в лекційному досвіді було незначним, і тому в липні
1820 року Ерстед знову повторив експеримент, використовуючи могутніші
батареї. Зараз ефект став значно сильніший, причому тим сильніший, чим товщий
був дріт, яким він замикав контакти батареї. (Чим більше діаметр дроту, тим
менше його опір й, стало бути, більше струм короткого замикання). Крім того, він
з'ясував одну дивну річ, що не укладалася в ньютонівські подання про дію й
протидію. Виражаючись його ж словами, «магнітний ефект електричного струму
має круговий рух довкола нього». Дослід, поставлений ним в 1820 р., може здатися вам дуже простим і навіть очевидним. Але тоді зв'язок між електричними й магнітними явищами не тільки не був відомий, але його було навіть важко припустити.

Однак Г. Ерстед виявив, що магнітна стрілка, розташована над (або під) провідником з електричним струмом, при замиканні ланцюга повертається й розміщується перпендикулярно провіднику. Цей досвід свідчить про те, що електричний струм якимось чином діє на магнітну стрілку. З досвіду Г. Ерстеда випливає, що навколо цього провідника існує магнітне поле.

Питання для активізації розумової діяльності:

1. Про що говорить відхилення магнітної стрілки при замиканні електричного
   ланцюга? (Відповідь: Навколо провідника зі струмом існує магнітне поле. На
   нього - й реагує магнітна стрілка. Джерелом магнітного поля є електричні
   заряди, що рухаються, або струми).
2. Про що говорить той факт, що магнітна стрілка повернулася на 180⁰?
   (Відповідь: Це означає, що напрямок струму в провіднику змінився на
   протилежний).
3.  Про що говорить той факт, що кут відхилення магнітної стрілки змінився?
   (Відповідь: Це означає, що сила струму в провіднику змінилася)

Французький учений Ампер спостерігав механічну взаємодію струмів. Провідники зі струмом електрично нейтральні, електричне
поле поза провідниками практично дорівнює нулю. Як пояснити той факт, що
провідники зі струмом взаємодіють між собою? Ампер
припустив, що взаємодія провідників зі струмом - це не електрична, а магнітна
взаємодія: перший струм створює в просторі власне магнітне поле, яке діє на
другий провідник зі струмом. І навпаки.

Питання для активізації розумової діяльності:

1. Як взаємодіють струми одного напрямку? (Відповідь: Струми одного напрямку притягаються)

2. Як взаємодіють струми протилежних напрямків? (Відповідь: Струми
протилежних напрямків відштовхуються)

Властивості магнітного поля.

Відповідно до теорії дальнодії, запропонованої Фарадеєм, у просторі, що
оточує струми, виникає поле, назване магнітним. Тобто, магнітне поле – це
особлива форма матерії, яка існує незалежно від нас та від наших знань про
неї.

 Властивості магнітного поля:

1)МП породжується електричними зарядами, що рухаються, тобто струмами.

2) МП виявляється по дії на електричний струм, на заряди, що рухаються.

3) З віддаленням від джерела магнітного поля воно послаблюється.

Характеристики магнітного поля

Величини, що дозволяють кількісно описувати магнітне поле струму.
1. Вектор магнітної індукції.

У МП токи магнітна стрілка встановлюється не як-небудь, а в певному напрямку.
Це говорить про те, що величина, яка характеризує МП, повинна бути векторною
пов'язаною з орієнтацією магнітної стрілки. Величина, що характеризує МП у даній його крапці, називається вектором магнітної індукції, В. Магнітна індукція дорівнює відношенню сили F, з якою МП діє на провідник довжиною l, по якому тече струм I
 

Вимірюється в Тл (тесла).

2. Потік магнітної індукції. Потік магнітної індукції – це величина, рівна добутку модуля вектора магнітної індукції В на площу контуру S і на сos кута між напрямком вектора індукції й нормаллю (перпендикуляром) до рамки. Ф = ВSсos.
Вимірюється у веберах:  Вб.

Повідомлення студента: Земля — це великий магніт.

Повідомлення студента: Вивчення магнітного поля Землі.

Повідомлення студента: Земний магнетизм

Повідомлення студента: Магнітні бурі

З космічного простору на Землю рухається потік заряджених часток.
Концепція цих часток така, що є небезпечною для життя. Однак магнітне поле
захищає Землю від цієї небезпеки. Коли заряджені частки влітають у магнітне
поле Землі, то на них починає діяти сила Лоренца. Вона змушує їх рухатися від
одного магнітного полюса до іншого й назад. Частки опиняються у магнітній
пастці. Крізь пастку пролітає лише невелика кількість часток, що не представляє
небезпеки для життя на Землі. Області, у яких перебувають частки, затримані
магнітним полем Землі, називаються радіаційними поясами.

Повідомлення студента: Вплив Сонця на магнітне поле Землі.

Повідомлення студента: Дія магнітного поля на людину.
"Електромагнітне забруднення середовища", "Магнітна павутина",
"Електромагнітний смог" - ці терміни якоюсь мірою характеризують лиха, що з
недавніх пір стали долати людство, побачити їх не можна, але відчути, говорять,
можна, не одразу правда...

Відеокамери, телефакси, рентгенівські установки, телевізори,
радіотелефони, комп'ютери - от тільки частковий перелік джерел магнітних полів.
КОМП'ЮТЕРИ?! Будь-який монітор, основним елементом якого є
електронно-променева трубка, створює електричні й магнітні поля. По
вітчизняним та закордонним даним, робота за комп'ютером приводить до
серйозного погіршення здоров'я й працездатності.

Більше 90% скаржаться на утому, біль в області потилиці, шиї й плечового
пояса. Далі йдуть хвороби: органів зору -до 60% користувачів, серцево-судинної
системи - до 60%, шлунково-кишкового тракту - до 40%, шкірні захворювання -
до 10%. Особливо небезпечне випромінювання комп'ютера для вагітних жінок.
Імовірність викиднів у них вище в 1,5 рази. А дітей з уродженими вадами
народжуються в 25 разів більше. Все сказане, природно, відноситься й до дітей,
годинами граючи за комп'ютером, вони ще більше уразливі.
Ще тривають дослідження, але вже сьогодні достеменно відомо, що
електромагнітне випромінювання впливає на ендокринну й імунну системи,
органи статевої сфери, генетичний апарат.

Шлях боротьби із впливом електромагнітних полів - застосування
пристроїв, розроблених для повної або часткової ізоляції людського організму від
шкідливих випромінювань. Сучасні методи захисту досить актуальні в цей час,
особливо для молодого віку. Кожен роботодавець або навчальний заклад
зобов'язані обстежити радіоелектронне устаткування й мати засоби захисту.