Opracowanie edukacyjne
Co trzeba wiedzieć przed quizem?
Magnetyzm łączy zachowanie magnesów trwałych z polem wytwarzanym przez prąd. Pole jest sposobem opisu oddziaływania w przestrzeni, a jego linie są modelem, nie materialnymi nitkami. Zjawiska magnetyczne umożliwiają działanie kompasu, elektromagnesu, silnika, głośnika i wielu urządzeń, ale wymagają odróżnienia pola, siły i przepływu prądu. W doświadczeniu trzeba również kontrolować położenie magnesów i wykluczać wpływ pobliskich stalowych przedmiotów.
Po tej lekcji potrafisz
- opisać bieguny i pole
- wyjaśnić pole przewodnika z prądem
- opisać elektromagnes
- połączyć magnetyzm z urządzeniami
Magnesy i materiały
Każdy magnes ma biegun północny i południowy. Bieguny jednoimienne odpychają się, a różnoimienne przyciągają. Po przecięciu powstają dwa mniejsze dipole, a nie odizolowane bieguny. Najsilniejsze oddziaływanie magnesu sztabkowego obserwuje się w pobliżu końców.
Żelazo, nikiel i kobalt oraz część ich stopów są ferromagnetykami. Magnes nie przyciąga każdego metalu: miedź i aluminium nie zachowują się jak żelazo. Namagnesowanie wiąże się z uporządkowaniem mikroskopowych obszarów magnetycznych w materiale.
Pole magnetyczne
Kierunek pola wskazuje północny biegun małej igły magnetycznej. Na zewnątrz magnesu linie umownie biegną od N do S, nie przecinają się i tworzą zamknięte krzywe. Większa gęstość linii na rysunku symbolizuje silniejsze pole.
Ziemia wytwarza pole magnetyczne, dlatego kompas ustawia się mniej więcej w kierunku północ–południe. Północny koniec igły wskazuje okolice północy geograficznej, gdzie znajduje się magnetyczny biegun o przeciwnym charakterze. Deklinacja sprawia, że wskazanie nie wszędzie pokrywa się dokładnie z północą geograficzną.
Prąd i elektromagnes
Przepływ prądu wytwarza pole wokół przewodnika. Wokół prostego przewodu linie mają kształt okręgów, a zwojnica tworzy pole podobne do magnesu sztabkowego. Zmiana kierunku prądu zamienia bieguny zwojnicy.
Elektromagnes wzmacnia się przez zwiększenie natężenia, liczby zwojów lub zastosowanie ferromagnetycznego rdzenia. Jego zaletą jest możliwość włączania i regulacji. Stosuje się go w przekaźnikach, dzwonkach, zamkach i urządzeniach podnoszących stal.
Siła i zastosowania
Na przewodnik z prądem w polu magnetycznym może działać siła. Jej kierunek zależy od kierunku pola i prądu. W silniku oddziaływanie powoduje obrót, zamieniając energię elektryczną głównie w mechaniczną, choć część staje się ciepłem i dźwiękiem.
Głośnik wykorzystuje siłę działającą na cewkę, aby wprawić membranę w drgania. Magnetyczne nośniki, czujniki i aparatura medyczna korzystają z innych własności pola. Silnego magnesu nie zbliża się bez kontroli do urządzeń elektronicznych, implantów ani drobnych stalowych przedmiotów.
Chronologia
| Data | Wydarzenie |
|---|---|
| 1 | rozpoznaj źródło pola |
| 2 | ustal bieguny lub kierunek prądu |
| 3 | narysuj kierunek pola |
| 4 | określ siłę i przemianę energii |
Najważniejsze pojęcia
- biegun magnetyczny
- obszar szczególnie silnego działania magnesu
- pole magnetyczne
- obszar opisu oddziaływań magnetycznych
- zwojnica
- przewodnik zwinięty w wiele zwojów
- elektromagnes
- zwojnica, zwykle z rdzeniem, zasilana prądem
Najczęstsze pomyłki
- Magnes nie przyciąga wszystkich metali.
- Linie pola są modelem.
- Siły między magnesami tworzą parę działającą na różne ciała.
Podsumowanie do zapamiętania
- Magnes jest dipolem.
- Prąd wytwarza pole.
- Elektromagnes można regulować.
- Silnik zamienia energię elektryczną w mechaniczną.