Элективный курс по физике на тему Человек в магнитной паутине

Элективный курс по физике

Автор: Тюнин Валерий Валентинович,

учитель физики МКОУ ТСОШ №3

Тальменка - 2011

Программа курса направлена на повышение интереса к изучению предмета, способствует лучшему усвоению учебного материала, создает условия для самостоятельной творческой деятельности учащихся.

Гармоничное сочетание теоретического материала позволяет учащимся получить целостную картину окружающего мира, выступить в роли исследователей, развить творческий потенциал.

Предлагаемые опыты рассчитаны на школьное оборудование или простые самодельные приборы, которые легко сделать в домашних условиях, что обеспечивает доступность и увлекательность данного курса.

Программа адресована учителям физики, может быть использована во внеклассной работе, при проведении предметной недели, в урочной деятельности.

Содержание

1. Пояснительная записка_______________________________ 1

2. Особенности программы курса________________________ 2

3. Учебно-тематический план___________________________ 2

4. Содержание программы курса________________________ 3

5. Понятийный словарь________________________________ 3

6. Рекомендуемая литература для учителя и учащихся____ 5

7. Приложения________________________________________ 6

Пояснительная записка

Данный курс для предпрофильной подготовки учащихся 9-х классов включает вопросы таких школьных дисциплин, как физика, астрономия, география, биология, математика, информатика и фотография.

Предложенный вариант рассчитан на 8 часов.

Цель курса - расширить знания учащихся по теме «Магнитное поле» и облегчить выбор профильного обучения.

Задачи:

• расширение знаний учащихся;

• развитие интересов и способностей к самоорганизации, готовности к сотрудничеству, активности и самостоятельности, умение вести диалог;

• создание условий для развития творческого потенциала каждого ученика;

• воспитание потребности к продолжению обучения при любом выборе жизненного пути.

Программа курса направлена на повышение интереса к физике и способствует лучшему усвоению материала. Необходимо создать условия для самостоятельной творческой деятельности учащихся. Показать, что получение принципиально важных физических результатов не обязательно требует сложного оборудования. Развить интерес к практической деятельности на материале простых и увлекательных опытов.

Так как наблюдения и опыты являются источниками знаний о природе, ученики выступают в роли исследователей. Выполнение самостоятельных практических работ обеспечивает связь физического эксперимента с изучаемым теоретическим материалом, что позволяет детям делать обобщения и выводы.

Предлагаемые опыты рассчитаны на школьное оборудование или простые самодельные приборы, которые легко сделать в домашних условиях.

Содержание курса основано на имеющихся знаниях по данной теме и приближено к содержанию учебника. Расширение содержания учебного предмета происходит в следующих направлениях:

• более полное, всестороннее изучение ключевых вопросов программы;

• выполнение заданий, способствующих развитию интеллектуальных умений (сравнения, классификация, определение закономерностей, области применимости), формированию внепредметных умений и навыков (планирование деятельности, соотнесение результатов с целью);

• включение в процесс обучения нестандартных, творческих, экспериментальных заданий;

• расширение кругозора учеников в процессе работы с дополнительной информацией.

В результате изучения курса учащиеся должны уметь:

• выдвигать гипотезу на основе фактов, наблюдений, экспериментов;

• обосновывать свою точку зрения;

• высказывать собственные суждения, проводить анализ, оценку и самооценку;

• знать источники магнитных полей и способы их обнаружения;

• использовать информацию по теме из различных источников;

• экономно использовать свое и чужое время;

• делать чертежи, рисунки, фотографии;

• овладевать умением слушать и слышать.

Учебно - тематический план

Содержание программы курса

Тема 1. Магнитные взаимодействия.

Понятие о магнитном поле. Магнитные действия токов. Магнитная индукция - силовая характеристика магнитного поля.

Понятие о силовых линиях магнитной индукции. Примеры и общие закономерности силовых линий различных магнитных полей, их отличие от силовых линий электрического поля.

Демонстрация магнитных свойств различных веществ.

Тема 2. Магнитное поле Земли и других планет Солнечной системы.

Внутреннее строение Земли. Земной магнетизм. Происхождение, распределение в пространстве и изменение во времени магнитного поля Земли.

Палеомагнетизм - регистрация вековых вариаций геомагнитного поля Земли. Происхождение магнитного поля Земли. Особенности магнитных полей планет Солнечной системы.

Источники. Виды изменений. Обнаружение. Действия.

Тема 3. Магнитное поле Солнца и космоса.

Особенности общего магнитного поля Солнца. Магнитное поле солнечных пятен (цикличность, полярность и причины возникновения солнечных пятен).

Тема 4. Человек и магнитное поле.

Влияние магнитных полей Земли, Солнца, космоса на человека и животных.

Тема 5. Лабораторный практикум.

Решение экспериментальных задач по теме «Постоянные магниты. Магнитное поле Земли». Получение спектров магнитного поля постоянных магнитов. Их фотографирование и анализ.

Тема 6. Магнетизм и жизнь.

Использование свойств электромагнитного поля в науке, технике и обыденной жизни.

Словарь основных понятий.

Магнит - камень из Магнесии.

Магнитное поле - особый вид материи, отличающийся от вещества и существующий вокруг намагниченных тел.

Магнитные полюса - участки магнита, около которых обнаруживается наиболее сильное магнитное поле.

Магнитные силовые линии - линии, вдоль которых располагаются оси маленьких магнитных стрелок, помещенных в данное поле.

Электромагнитная индукция - явление возбуждения электрического поля при изменении магнитного поля.

Полюс - точка пересечения воображаемой оси вращения Земли с земной поверхностью.

Магнитный меридиан - это силовая линия, идущая от одного магнитного полюса к другому.

Магнитное склонение - угол между магнитным меридианом и географическим.

Магнитные бури - кратковременные изменения магнитного поля Земли.

Магнитные аномалии - отклонения значений магнитного поля Земли от его нормальных значений.

Магнитосфера Земли и планет - область околопланетного пространства, физические свойства которой определяются магнитным полем планеты.

Палеомагнетизм - свойство горных пород намагничиваться в период своего формирования под действием магнитного поля Земли и сохранять намагниченность в последующие эпохи.

Солнечный ветер - истечение плазмы солнечной короны в межпланетное пространство.

Солнечный магнетизм - магнитные поля на Солнце, обусловливающие солнечные вспышки, пятна и т.д.

Список литературы

Для учителя.

1. Громов С.В. Физика, 9. Электромагнитные явления. - М.: Просвещение, 2002.

2. Демонстрационные опыты по физике в 6 - 8 классах средней школы. Под редакцией А.А.Покровского. - М.: Просвещение, 1970.

3. Горев Л.А. Занимательные опыты по физике. - М.: Просвещение, 1985.

4. Дубинин Э.М., Подгорный И.М. Магнитное поле небесных тел. - М.: Знание, 1980.

5. Журнал «Физика в школе», №6 - 1999.

6. Левитан Е.П. Астрономия: учебник для 10 кл общеобразовательных учреждений - М.: Просвещение, 1994.

7. Гальперин Ю.И. Полярные сияния в магнитосфере. - М.: Знание, 1975. - с 58.

8. Марон В.Е., Городецкий Д.Н. Физика: Законы, формулы, задачи: Справ. пособие. - Мн.: Выш.шк., 1986.

9. И. Шербо. Бросок вперед, или второе пришествие метода проектов. - Ж.. «Директор школы», №7, 2003.

10. Кучер.Т.В., Колнощикова И.Ф. Медицинская география. - М.: Просвещение, 1996.

Для учащихся.

1. Энциклопедия для детей. Т.8. Астрономия. - М.: Аванта +, 2002, с 507-570.

2. Перышкин А.В. Физика 8 класс.: Учебн.для общеобразовательных учебных заведений. - 2-е изд. - М: Дрофа, 2000.

3. Перышкин А.В., Гутник Е.М. Физика 9 класс.: Учебн. Для общеобразовательных учебных заведений. - 2-е изд. - М: Дрофа, 2000.

4. Космонавтика: Энциклопедия. - М., 1985.

5. Рыжиков А.П. Человек. Окружающая среда. 8 кл. Приложение к учебнику физики - М.: Просвещение, 2002.

Приложения.

1. Магнитное поле.

В XIX веке была обнаружена связь между электричеством и магнетизмом и возникло представление о магнитном поле. По современным представлениям, проводники с током оказывают силовое действие друг на друга не непосредственно, а через окружающие их магнитные поля.

Источниками магнитного поля являются движущиеся электрические заряды (токи). Магнитное поле возникает в пространстве, окружающем проводники с током, подобно тому, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникает электрическое поле. Магнитное поле постоянных магнитов также создается электрическими микротоками, циркулирующими внутри молекул вещества (гипотеза Ампера).

Для описания магнитного поля необходимо ввести силовую характеристику поля, аналогичную вектору напряженности электрического поля. Такой характеристикой является вектор магнитной индукции Вектор магнитной индукции определяет силы, действующие на токи или движущиеся заряды в магнитном поле.

За положительное направление вектора принимается направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле. Таким образом, исследуя магнитное поле, создаваемое током или постоянным магнитом, с помощью маленькой магнитной стрелки, можно в каждой точке пространства

Для того, чтобы количественно описать магнитное поле, нужно указать способ определения не только направления вектора но и его модуля.

Модуль вектора магнитной индукции равен отношению максимального значения силы Ампера, действующей на прямой проводник с током, к силе тока I в проводнике и его длине Δl:

В общем случае сила Ампера выражается соотношением:

Это соотношение принято называть законом Ампера.

В системе единиц СИ за единицу магнитной индукции принята индукция такого магнитного поля, в котором на каждый метр длины проводника при силе тока 1 А действует максимальная сила Ампера 1 Н. Эта единица называется тесла (Тл).

Тесла - очень крупная единица. Магнитное поле Земли приблизительно равно 0,5·10^-4 Тл. Большой лабораторный электромагнит может создать поле не более 5 Тл.

Сила Ампера направлена перпендикулярно вектору магнитной индукции и направлению тока, текущего по проводнику. Для определения направления силы Ампера обычно используют правило левой руки: если расположить левую руку так, чтобы линии индукции входили в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник.

Правило левой руки и правило буравчика.

Линии магнитной индукции полей постоянного магнита и катушки с током

2. МАГНЕТИЗМ

Кого-то он обогатит,
кого-то загонит в гроб.
Что мы знаем об этом?

Научившись производить и использовать сверхмощные технические магниты для своих нужд, люди пока не могут совладать с гораздо более слабыми природными магнитными полями, которые нас убивают. Ученые-геофизики буквально со дня на день ожидают начала нового всплеска солнечной активности, а это значит - магнитные бури, инфаркты, аварии, самоубийства, массовые помешательства. Хорошо бы, чтобы к тому времени медики уже опробовали лекарства от магнитных бурь.

"ЧУ-ШИ"
Первое историческое упоминание о магните оставил нам Плиний. Он рассказал, как некий пастух с острова Крит, сандалии которого были подкованы железом, обратил внимание, что к его обуви пристают какие-то мелкие черные камешки, в изобилии валявшиеся на склонах горы Идо. Пастуха звали Магнис, отсюда природные магниты получили свое название. А может, все было и не так. Римский поэт Лукреций Кар считал, что магнит обязан своим названием местности, где его нашли. Эта местность в Малой Азии называлась Магнезия.
Китайцы, ничего не знавшие ни о Магнезии, ни о греческих пастухах в железных сандалиях, называли эти черные камешки "чу-ши", что можно перевести как "любящий камень". Ход мыслей был прост: раз тянется - значит, любит. (Кстати говоря, людское мышление бывает забавно параллельным: на французском языке магнит называется "эман" - "любящий".)
Китайцы - народ пытливый. Они первыми придумали, как можно практически использовать магниты. Они не изобрели компас, как многие думают, они изобрели игрушку - югоуказатель. Небольшие фигурки с вытянутой рукой, постоянно указывающей на юг, ставились ими не только на корабли, но и на конные повозки. Это было четыре тысячи лет тому назад. Граждане огромной Поднебесной империи жили довольно замкнуто, тихо и мирно. Плавания совершали в основном каботажные - вдоль берега, по рекам, и компас был китайцам не очень-то нужен. (Заторможенные китайцы даже изобретенный порох умудрились не использовать для военных нужд - делали фейерверки и ракеты.)
Другое дело - агрессивная и неугомонная европейская цивилизация, вечно тянет на какие-то приключения. Ей компас был просто необходим. И он был изобретен в Италии неким Джойя примерно 700 лет назад. Тогда уже научились натирать природными магнитами стальные иглы, которые стали первыми искусственными магнитами и которые использовали в качестве стрелок. Джойя снабдил магнитную стрелку кругом с делениями. Прибор получил название "компассаре", что означает "измерять шагами".
То что стрелка компаса нигде не показывает на Полярную звезду, было известно еще Колумбу. Об этом свидетельствует письмо, написанное им королю и королеве Испании:"...Когда я отплыл из Испании в Западные Индии, я обнаружил, что, после того как я проплыл сто лиг на запад от Азорских островов..., стрелка компаса, дотоле показывавшая на северо-восток, вдруг повернулась на целую четверть, к северо-западу, и уже более не меняла своего направления...".
Столь странное поведение компасной стрелки вызвало панику среди матросов Колумба: они полагали, что компас должен всегда указывать на Полярную звезду. Колумб и сам думал точно так же; однако ему удалось убедить своих моряков, что неправильно вел себя не компас, а Полярная звезда. Благодаря этому обману Колумб смог предотвратить мятеж матросов, требовавших возвращения назад, и довел до конца свой замечательный подвиг. В противном же случае открытие Америки могло бы отодвинуться на несколько десятков лет.
Так магниты вошли в широкое применение.

Магнитный компас.
Если стержневой магнит, намагниченную иголку или кусок магнитного железняка укрепить так, чтобы они могли свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости вокруг вертикальной оси, то, как хорошо известно, их концы будут показывать на север и юг.
Подобный инструмент называется компасом. Тот конец иголки, который указывает на север, был назван северным полюсом (его обозначение N или С), противоположный конец - южным полюсом (обозначается S или Ю).

Почему компас показывает направление с севера на юг?

Тот факт, что разноименные магнитные полюсы притягиваются друг к другу, может объяснить, почему стрелка компаса показывает определенное направление. Так как северный конец стрелки указывает на север, то, видимо, где-то в этом направлении должен находиться противоположный магнитный полюс. Это же можно сказать и в отношении южного полюса. Но если эти полюсы действительно существуют, то где же они находятся?
В течение долгого времени считалось, что источником магнитного притяжения для компаса является Полярная звезда. Однако если бы это было так, то направление стрелки компаса должно было бы меняться по крайней мере на 1 градус через каждые 12 часов, вследствие видимого кругового движения Полярной звезды на небосводе. Наблюдения же не показывают поворота стрелки компаса в течение суток, так что это объяснение ошибочно.

Находится ли источник магнитного притяжения на Земле?

Английский ученый Уильям Джилберт (1540 - 1603) был одним из первых, кто предположил, что магнитом является сама Земля. Для проверки своего предположения Джилберт построил большой глобус из магнитного железа, который назвал "маленькой Землей", и поместил его магнитные полюса в места географических полюсов. Затем он поднес к этому глобусу компас и нашел, что во всех точках глобуса, за исключением его полюсов, стрелка компаса показывает направление с севера на юг. Джилберт жил в Англии; он думал, что такое положение стрелка компаса сохраняет и во всех других точках земной поверхности.
Для дальнейшего сравнения магнетизма своего глобуса и Земли Джилберт использовал иглу наклонения, которая укреплялась так, что могла свободно поворачиваться в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси. Возле магнитных полюсов глобуса эта стрелка устанавливалась вертикально. На половине же расстояния между магнитными полюсами - на магнитном экваторе - стрелка устанавливалась горизонтально, параллельно поверхности Земли. Угол, который такая игла образует с горизонтальной плоскостью, называется углом наклонения, или просто наклонением. На магнитном экваторе глобуса Джилберта наклонение было равно нулю, на полюсах составляло 90 градусов, а между экватором и каждым из полюсов оно постепенно менялось от нуля до 90 градусов.

Где находятся магнитные полюсы Земли?

После открытия Америки, уже в XIX веке, исследователи земного магнетизма установили, что на севере Гудзонова залива, в точке, находящейся приблизительно на 73° северной широты и 96° западной долготы, северный полюс иглы для грубых определений наклонения оказался направлен точно вниз, указывая, что северный магнитный полюс Земли находится непосредственно в этой точке. Южный магнитный полюс Земли находится в Антарктиде на 72° южной широты и 155° восточной долготы. Через точки, расположенные на половине расстояния между магнитными полюсами, проходит магнитный экватор.
Оба магнитных полюса связывает линия, опоясывающая глобус и называемая линией нулевого склонения, в точках которой концы стрелки компаса показывают на север и юг. Часть этой линии проходит в общем направлении с севера на юг через Канаду, США, пересекает западную границу штата Мичиган и выходит в Атлантический океан, на берегу штата Джорджиа. К востоку от этой линии компас показывает на северо-запад; к западу от нее стрелка компаса устанавливается в северо-восточном направлении. Угол, на который стрелка компаса отклоняется от направления на географический или истинный север и юг, называется магнитным склонением компаса, или вариацией. Если склонение происходит к западу от севера, оно называется западным склонением, если же к востоку от севера - то восточным склонением.
Благодаря совместным усилиям ученых многих стран были тщательно определены и постоянно проверяются магнитные склонения и наклонения, а также интенсивность земного магнетизма. Современные карты показывают склонения во всех частях земного шара. Линии, проведенные через точки с одинаковыми значениями магнитного склонения, называются изогоническими (равноугольными) линиями. Карты, на которых нанесены такие линии, необходимы для морской и воздушной навигаций по компасу.

РЕКОРДЫ
Перстень Ньютона превращается в летающий поезд.
Сэр Исаак Ньютон носил "магический" перстень, в котором вместо драгоценного камня был оправлен золотом природный магнит необычайной силы. Неудивительно даже для ученого: с магнитом связано множество легенд и преданий. Считалось, что магнит может отпирать замки, извлекать золото из-под земли. Говорили, что где-то в море-океане есть магнитные скалы, которые вытаскивают гвозди из проплывающих мимо кораблей. С помощью магнитов пытались построить вечный двигатель.
Английская королева Елизавета попросила своего придворного медика Уильяма Гильберта поехать в Россию и вылечить царя Ивана Грозного от какой-то неизвестной болезни. Прибыв в Московию, лекарь начал потчевать капризного государя пилюльками и корешками, но тому все не легчало. Над лекарем замаячила тень Малюты Скуратова, и от отчаяния эскулап бросился изучать лечебные свойства магнитов. И стал большим специалистом в этой области, хотя царя так и не вылечил.
Кстати, после Ньютона, нарисовавшего четкую механистическую картину мироздания, оставались только две пустяковые вещицы, которые в эту картину не укладывались, - притягивающиеся к железке магниты и электрические явления (например, притягивание бумажек к натертой эбонитовой палочке).
Впервые на связь между магнетизмом и электричеством указал Эрстед. На лекции в Копенгагенском университете случайно возле действующей электрической установки оказался компас. При включении тока стрелка компаса поворачивалась к проводнику. Это заметил один студент и спросил: а на каком, собственно, основании? Случилось это 15 февраля 1820 года. По наводке студента Эрстед уже через неделю опубликовал работу об этом, став известным и богатым. Фамилию же студента история до нас не донесла. Неизвестно также, делал ли потом наблюдательному студенту Эрстед поблажки на экзаменах. Через пять лет после той знаменитой лекции английский любитель науки по фамилии Стёрджен сунул стальной стержень в катушку с протекающим по ней током. Так был изобретен первый электромагнит.
И пошла гонка - кто сделает магнит мощнее! Электромагнит Стёрджена поднимал груз в 18 раз больше собственного веса. Ученик Стёрджена Джоуль (тот самый) сделал магнит, поднимающий в 200 раз больше собственного веса. Американец Эдисон разработал проект по превращению в электромагнит целой скалы из магнитной руды. Эдисон планировал обмотать скалу проводом и пустить по проводу ток от местной электростанции. Проект так и не был осуществлен, видимо, в силу его бессмысленности.
Но в 1937 году другой американец, Биттер, построил-таки электромагнит-монстр. Чтобы включить его, пришлось обесточить весь Бостон - так много жрал энергии. Когда его включили, все железные предметы в округе - гвозди, болты, железная стружка, инструменты - со страшной скоростью полетели к магниту. Этот магнит развил напряженность поля в 100 000 эрстед, что в 200 000 раз больше напряженности магнитного поля Земли. Другой американец - Кольм построил магнит еще более мощный (250 000 эрстед) и настолько же бесполезный. На этом Америка успокоилась.
Но не успокоились русские большевики. Им нужны были рекорды, фрейдистский комплекс "у меня самый большой" не давал им покоя. Были задействованы лучшие умы. Капица-старший, разряжая на электромагнит "ударный" генератор, питающийся от огромного маховика, получил 500 000 эрстед напряженности магнитного поля. Но уж совсем за всякие рамки вышел академик Сахаров: он предложил оригинальное решение -сжимать электромагнит вместе с его магнитным полем с помощью взрывчатки. В сдавленном пространстве напряженность поля достигла 25 000 000 эрстед!
Конечно, поле такой силы существовало доли секунды, но существовало же! Вообще на создание сверхсильных магнитных полей необходимо либо тратить энергию целого города, либо такие поля будут жить доли секунды. А если надо и надолго, и город не отключать? Здесь может помочь сверхпроводимость. Это явление было открыто в 1911 году. Суть его в том, что при охлаждении металла до космического холода его электрическое сопротивление падает до нуля, поэтому ток в замкнутом витке может циркулировать вечно. И магнитное поле, создаваемое этим током, также будет вечным.
Для чего вся эта гигантомания? Как это зачастую бывает в науке, целесообразность проявилась не сразу. Но вот десять лет назад швейцарские физики открыли "теплые" сверхпроводники. Для достижения ими состояния сверхпроводимости уже не нужен абсолютный нуль, достаточно температуры, при которой азот превращается в жидкость. Хотелось бы, чтобы проводники становились сверхпроводящими при комнатной температуре, но таких пока нет. А когда будут...
Фантастические перспективы! Не говоря даже о принципиально новой энергетике и электронике, станет возможным магнитное подвешивание тяжелых тел - мостов, зданий, поездов, можно подвешивать турбины электростанций, маховики - накопители энергии. Представляете - дворец, парящий в воздухе! Во всяком случае, в Японии уже продаются игрушки, основанные на сверхпроводящем подвешивании.

ЖИДКИЕ МАГНИТЫ
Идея: размолоть железо в такой мелкий порошок, который бы не осаждался в жидкости - воде, керосине, масле... Тогда получилась бы магнитная жидкость. Осуществить это удалось только в 60-х годах. После целой недели размалывания в шаровой мельнице добились такого тонкого помола порошка феррита, что, будучи засыпанным в смесь керосина и олеиновой кислоты, он уже не осаждался.
Это был первый жидкий магнит - тяжелая черно-бурая жидкость. Если к сосуду с такой жидкостью поднести магнит, она в буквальном смысле лезет на стенку или вздувается бугром. Разлитую на полу, ее можно собрать магнитом. Правда, лучше для этого брать электромагнит. Его выключил - и жидкость стекла в подставленную емкость. А вот постоянным магнитом жидкомагнитную субстанцию лучше не собирать: потом от магнита ее нипочем не отскребешь.
Для чего? Например, из подводной лодки торчит вал с винтом. Встает проблема с уплотнением, чтобы забортная вода не проникала в машинное отделение. Вместо сальников можно использовать жидкомагнитное уплотнение, чуть намагнитив вал в месте его выхода из корпуса лодки.
Магнитную жидкость на основе масла используют в качестве вечной смазки для намагниченных подшипников. Она оттуда уже не вылезет. Наоборот, захочешь - не вынешь.
Можно построить герметичный насос для перекачки агрессивных или ядовитых жидкостей. Вместо поршня в трубке будет ходить туда-сюда жидкомагнитная "пробка". Внешний магнит двигает ее, "пробка" толкает в трубке перекачиваемую жидкость.
Вот еще. Затонул нефтеналивной танкер. На море образовалась нефтяная пленка. Как ее собрать? Распылить небольшое количество магнитной жидкости, она растворится в нефти, а затем нефть собрать мощными электромагнитами.
Мелочи:
Предсказать магнитную бурю реально за сутки. Иногда, при особо сильной вспышке, за 12 часов. Это минимум. А максимум - магнитную бурю можно спрогнозировать за 27 суток. За 27 дней Солнце оборачивается вокруг своей оси, вновь поворачиваясь к Земле тем же бочком, той же точкой, в которой произошло взрывное возмущение, выбросившее к Земле поток частиц. Если возмущение еще не затихло, Землю опять облучит мощным потоком солнечного ветра.
Следите за прогнозами магнитных бурь.
У нашей планеты есть постоянное магнитное поле. А вот колебания этого поля - магнитные бури - зависят уже не от планеты, а от ближайшей звезды. В моменты вспышек на Солнце в пространство исторгаются потоки частиц. Их называют солнечным ветром. Через сутки-двое частицы долетают до Земли. Бомбардируя магнитное поле нашей планеты, они вызывают магнитные бури, северные сияния и... головные боли. Причем болит и сияет больше у полюсов, где напряженность магнитного поля достаточно велика.
Лет семь назад сильнейшая магнитная буря обрушилась на Землю. Тогда не повезло Канаде, Квебеку. По девятибалльной штормовой шкале буря достигла 8 баллов. В Квебеке вышла из строя энергосистема всего города. И этот случай не единственный. "Вылетали пробки" и в США, и в других странах. А уж о нарушениях радиосвязи и не говорим - это стало притчей во языцех. Не зря славяне называли Солнце Ярилой!
Сначала тем, кто говорил о влиянии магнитных бурь на организм человека, не верили. Над этими учеными смеялись, негодовали, обвиняли в лженауке. Первым был осмеян Чижевский. После него, в 20-е годы нашего века двое французов, Фор и Сарду, также обнаружили зависимость между магнитными бурями и сердечно-сосудистыми заболеваниями. По их выкладкам получалось, что в 85% наблюдаемых мест Франции число сердечно-сосудистых больных увеличивалось в моменты магнитных бурь.
Впоследствии были найдены корреляции между бурями и еще многими заболеваниями, в том числе астмой, язвой, эпилепсией и психическими заболеваниями. Скандинавы подтвердили: да, в дни магнитных волнений в психиатрические лечебницы поступает больше пациентов, чем в спокойные дни. Возрастает также число самоубийств.
Вслед за физиками физиологи нашли свое объяснение вредного влияния бурь, но уже на макроуровне. Вегетативная нервная система состоит из двух отделов - симпатического и парасимпатического. Симпатический отдел отвечает за повышение артериального давления и убыстрение сердечных сокращений, а парасимпатический действует наоборот. Всплески магнитной активности нарушают гормональный баланс и тем самым активизируют какой-то из отделов нервной системы. В итоге - нарушение сердечного ритма, обострение всех хронических болезней, инфаркты.
Магнитные бури заставили ученых в последнее время внимательно понаблюдать за небольшой шишковидной железой под названием эпифиз. Эпифиз вырабатывает гормон мелатонин, который действует как иммуномодулятор, то есть восстанавливает нарушенную иммунную систему человека. Но самое главное - мелатонин управляет биоритмами человека - заставляет его ночью спать, а днем активно действовать. Во время магнитных бурь характер выделения мелатонина нарушается, "плывут" биоритмы. И что самое смешное, это может даже привести к внезапной смерти. Причем умереть, в принципе, может и молодой здоровый человек.
Чаще подвержены синдрому внезапной смертности (СВС) младенцы. Они первые три месяца живут по так называемому околонедельному ритму. Потом в их крошечных организмах происходит перестройка: недельный ритм меняется на суточный. Если смены не происходит, младенчик может умереть.
Вполне здоровый человек с железным сердцем тоже может внезапно умереть. Это зависит только от типа его нервной системы. Поэтому необходимо выявить типы реакции людей на магнитные бури. Чтобы человек знал не только группу своей крови, но и тип магнитной восприимчивости. Пока что материал для подобных тестирований еще только накапливается, нарабатываются методики.
Это делается следующим образом. К груди испытуемого прикрепляют датчики, на пояс вешают небольшую черную сумку с измерительным аппаратом и отпускают на волю, как окольцованную птичку. Человек идет на работу, скандалит с женой, едет в метро. А все это время, круглые сутки вся информация о деятельности сердца поступает в компьютер. Каждые полчаса (или час, или минуту - по желанию исследователя) на руке испытуемого надувается небольшая манжетка, измеряющая артериальное давление, и данные опять-таки поступают в компьютер. А потом медик анализирует 24-часовую электрокардиограмму и приходит к выводу, что на клиента повлияло - магнитная буря или семейная.
Если магнитная - товарищу мягко порекомендуют лекарства, которые, правда, чаще не помогают: мало мы еще знаем о человеке. Сложность состоит еще и в том, чтобы найти универсальное лекарство, которое можно было бы давать и сердечнику, и язвеннику, и "трезвеннику". Правда, сейчас большие надежды ученые возлагают на синтезированное лекарство со знакомым уже нам названием "мелатонин".

3. Механизм возникновения магнитных полей вокруг небесных тел.

Применение электромагнитов на производстве

Поезд на магнитной подушке

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАГНИТОВ.

Мы привыкли к магниту и относимся к нему чуточку снисходительно как к устаревшему атрибуту школьных уроков физики, порой даже не подозревая, сколько магнитов вокруг нас. В наших квартирах десятки магнитов: в электробритвах, динамиках, магнитофонах, в часах, в банках с гвоздями, наконец. Сами мы - тоже магниты: биотоки, текущие в нас, рождают вокруг нас причудливый узор магнитных силовых линий. Земля, на которой мы живём, - гигантский голубой магнит. Солнце - жёлтый плазменный шар - магнит ещё более грандиозный. Галактик и туманности, едва различимые телескопами, - непостижимые по размерам магниты. Термоядерный синтез, магнитодинамическое генерирование электроэнергии, ускорение заряженных частиц в синхротронах, подъём затонувших судов - всё это области, где требуются грандиозные, невиданные раньше по размерам магниты. Проблема создания сильных, сверхсильных, ультрасильных и ещё более сильных магнитных полей стала одной из основных в современной физике и технике.

Магнит известен человеку с незапамятных времён. До нас дошли упоминания

о магнитах и их свойствах в трудах Фалеса Милетского (прибл. 600 до н.э.) и Платона (427-347 до н.э.). Само слово «магнит» возникло в связи с тем, что природные магниты были обнаружены греками в Магнесии (Фессалия).

Естественные (или природные) магниты встречаются в природе в виде залежей магнитных руд. В Тартуском университете находится самый крупный известный естественный магнит. Его масса составляет 13 кг, и он способен поднять груз в 40 кг.

Искусственные магниты - это магниты созданные человеком на основе различных ферромагнетиков. Так называемые «порошковые» магниты (из железа, кобальта и некоторых других добавок) могут удержать груз более чем 5000 раз превышающий их собственную массу.

Существуют искусственные магниты двух разных видов:

Одни - так называемые постоянные магниты, изготовляемые из «магнитно-твердых» материалов. Их магнитные свойства не связаны с использованием внешних источников или токов.

К другому виду относятся так называемые электромагниты с сердечником из «магнитно-мягкого» железа. Создаваемые ими магнитные поля обусловлены в основном тем, что по проводу обмотки, охватывающей сердечник, проходит электрический ток.

В 1600 году в Лондоне вышла книга королевского врача В. Гильберта "О магните, магнитных телах и большом магните - Земле". Это сочинение явилось первой известной нам попыткой исследования магнитных явлений с позиций науки. В этом труде собраны имевшиеся тогда сведения об электричестве и магнетизме, а также результаты собственных экспериментов автора.

Из всего, с чем сталкивается человек, он, прежде всего стремится извлечь практическую пользу. Не миновал этой судьбы и магнит.

КОМПАС, прибор для определения горизонтальных направлений на местности. Применяется для определения направления, в котором движется морское, воздушное судно, наземное транспортное средство; направления, в котором идет пешеход; направления на некоторый объект или ориентир. Компасы подразделяются на два основных класса: магнитные компасы типа стрелочных, которыми пользуются топографы и туристы, и немагнитные, такие, как гирокомпас и радиокомпас.

К 11 в. относится сообщение китайцев Шен Куа и Чу Ю об изготовлении компасов из природных магнитов и использовании их в навигации. Если

длинная игла из природного магнита уравновешена на оси, позволяющей ей свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости, то она всегда обращена одним концом к северу, а другим - к югу. Пометив указывающий на север конец, можно пользоваться таким компасом для определения направлений.

Магнитные эффекты концентрировались у концов такой иглы, и поэтому их назвали полюсами (соответственно северным и южным).

Основное применение магнит находит в электротехнике, радиотехнике, приборостроении, автоматике и телемеханике. Здесь ферромагнитные материалы идут на изготовление магнитопроводов, реле и т.д.

В 1820 Г.Эрстед (1777-1851) обнаружил, что проводник с током воздействует на магнитную стрелку, поворачивая ее. Буквально неделей позже Ампер показал, что два параллельных проводника с током одного направления притягиваются друг к другу. Позднее он высказал предположение, что все магнитные явления обусловлены токами, причем магнитные свойства постоянных магнитов связаны с токами, постоянно циркулирующими внутри этих магнитов. Это предположение полностью соответствует современным представлениям.

Электромашинные генераторы и электродвигатели - машины вращательного типа, преобразующие либо механическую энергию в электрическую (генераторы), либо электрическую в механическую (двигатели). Действие генераторов основано на принципе электромагнитной индукции: в проводе, движущемся в магнитном поле, наводится электродвижущая сила (ЭДС). Действие электродвигателей основано на том, что на провод с током, помещенный в поперечное магнитное поле, действует сила.

Магнитоэлектрические приборы. В таких приборах используется сила взаимодействия магнитного поля с током в витках обмотки подвижной части, стремящаяся повернуть последнюю.

Индукционные счетчики электроэнергии. Индукционный счетчик представляет собой не что иное, как маломощный электродвигатель переменного тока с двумя обмотками - токовой и обмоткой напряжения. Проводящий диск, помещенный между обмотками, вращается под действием крутящего момента, пропорционального потребляемой мощности. Этот момент уравновешивается токами, наводимыми в диске постоянным магнитом, так что частота вращения диска пропорциональна потребляемой мощности.

Электрические наручные часы питаются миниатюрной батарейкой. Для их работы требуется гораздо меньше деталей, чем в механических часах; так, в схему типичных электрических портативных часов входят два магнита, две катушки индуктивности и транзистор.

Замок - механическое, электрическое или электронное устройство, ограничивающее возможность несанкционированного пользования чем-либо. Замок может приводиться в действие устройством (ключом), имеющимся в распоряжении определенного лица, информацией (цифровым или буквенным кодом), вводимой этим лицом, или какой либо индивидуальной характеристикой (например, рисунком сетчатки глаза) этого лица. Замок обычно временно соединяет друг с другом два узла или две детали в одном устройстве. Чаще всего замки бывают механическими, но все более широкое применение находят электромагнитные замки.

Магнитные замки. В цилиндровых замках некоторых моделей применяются магнитные элементы. Замок и ключ снабжены ответными кодовыми наборами постоянных магнитов. Когда в замочную скважину вставляется правильный ключ, он притягивает и устанавливает в нужное положение внутренние магнитные элементы замка, что и позволяет открыть замок.

Динамометр - механический или электрический прибор для измерения силы тяги или крутящего момента машины, станка или двигателя.

Тормозные динамометры бывают самых различных конструкций; к ним относятся, например, тормоз Прони, гидравлический и электромагнитный тормоза.

Электромагнитный динамометр может быть выполнен в виде миниатюрного прибора, пригодного для измерений характеристик малогабаритных двигателей.

Гальванометр - чувствительный прибор для измерения слабых токов. В гальванометре используется вращающий момент, возникающий при взаимодействии подковообразного постоянного магнита с небольшой токонесущей катушкой (слабым электромагнитом), подвешенной в зазоре между полюсами магнита. Вращающий момент, а следовательно, и отклонение катушки пропорциональны току и полной магнитной индукции в воздушном зазоре, так что шкала прибора при небольших отклонениях катушки почти линейна. Приборы на его базе - самый распространенный вид приборов.

Спектр выпускаемых приборов широк и разнообразен: приборы щитовые постоянного и переменного тока (магнитоэлектрической, магнитоэлектрической с выпрямителем и электромагнитной систем), комбинированные приборы ампервольтомметры, для диагностирования и регулировки электрооборудования автомашин, измерения температуры плоских поверхностей, приборы для оснащения школьных учебных кабинетов, тестеры и измерители всевозможных электрических параметров

Производство абразивов - мелких, твердых, острых частиц, используемых в свободном или связанном виде для механической обработки (в т.ч. для придания формы, обдирки, шлифования, полирования) разнообразных материалов и изделий из них (от больших стальных плит до листов фанеры, оптических стекол и компьютерных микросхем). Абразивы бывают естественные или искусственные. Действие абразивов сводится к удалению части материала с обрабатываемой поверхности. В процессе производства искусственных абразивов ферросилиций, присутствующий в смеси, оседает на дно печи, но небольшие его количества внедряются в абразив и позже удаляются магнитом.

Магнитные свойства вещества находят широкое применение в науке и технике как средство изучения структуры различных тел. Так возникли науки:

Магнетохимия (магнитохимия) - раздел физической химии, в котором изучается связь между магнитными и химическими свойствами веществ; кроме того, магнитохимия исследует влияние магнитных полей на химические процессы. Магнитохимия опирается на современную физику магнитных явлений. Изучение связи между магнитными и химическими свойствами позволяет выяснить особенности химического строения вещества.

Магнитная дефектоскопия, метод поиска дефектов, основанный на исследовании искажений магнитного поля, возникающих в местах дефектов в изделиях из ферромагнитных материалов.

. Техника сверхвысокочастотного диапазона

Сверхвысоко частотный диапазон (СВЧ) - частотный диапазон электромагнитного излучения (100300 000 млн. герц), расположенный в спектре между ультравысокими телевизионными частотами и частотами дальней инфракрасной области

Связь. Радиоволны СВЧ-диапазона широко применяются в технике связи. Кроме различных радиосистем военного назначения, во всех странах мира имеются многочисленные коммерческие линии СВЧ-связи. Поскольку такие радиоволны не следуют за кривизной земной поверхности, а распространяются по прямой, эти линии связи, как правило, состоят из ретрансляционных станций, установленных на вершинах холмов или на радиобашнях с интервалами около 50 км.

Термообработка пищевых продуктов. СВЧ-излучение применяется для термообработки пищевых продуктов в домашних условиях и в пищевой промышленности. Энергия, генерируемая мощными электронными лампами, может быть сконцентрирована в малом объеме для высокоэффективной тепловой обработки продуктов в т.н. микроволновых или СВЧ-печах, отличающихся чистотой, бесшумностью и компактностью. Такие устройства применяются на самолетных бортовых кухнях, в железнодорожных вагонах-ресторанах и торговых автоматах, где требуются быстрые подготовка продуктов и приготовление блюд. Промышленность выпускает также СВЧ-печи бытового назначения.

Быстрый прогресс в области СВЧ-техники в значительной мере связан с изобретением специальных электровакуумных приборов - магнетрона и клистрона, способных генерировать большие количества СВЧ-энергии. Генератор на обычном вакуумном триоде, используемый на низких частотах, в СВЧ-диапазоне оказывается весьма неэффективным.

Магнетрон. В магнетроне, изобретенном в Великобритании перед Второй мировой войной, эти недостатки отсутствуют, поскольку за основу взят совершенно иной подход к генерации СВЧ-излучения - принцип объемного резонатора.

В магнетроне предусмотрено несколько объемных резонаторов, симметрично расположенных вокруг катода, находящегося в центре. Прибор помещают между полюсами сильного магнита.

Лампа бегущей волны (ЛБВ). Еще один электровакуумный прибор для генерации и усиления электромагнитных волн СВЧ-диапазона - лампа бегущей волны. Она представляет собой тонкую откачанную трубку, вставляемую в фокусирующую магнитную катушку.

Ускоритель частиц, установка, в которой с помощью электрических и магнитных полей получаются направленные пучки электронов, протонов, ионов и других заряженных частиц с энергией, значительно превышающей тепловую энергию.

В современных ускорителях используются многочисленные и разнообразные виды техники, в т.ч. мощные прецизионные магниты.

В медицинской терапии и диагностике ускорители играют важную практическую роль. Многие больничные учреждения во всем мире сегодня имеют в своем распоряжении небольшие электронные линейные ускорители, генерирующие интенсивное рентгеновское излучение, применяемое для терапии опухолей. В меньшей мере используются циклотроны или синхротроны, генерирующие протонные пучки. Преимущество протонов в терапии опухолей перед рентгеновским излучением состоит в более локализованном энерговыделении. Поэтому протонная терапия особенно эффективна при лечении опухолей мозга и глаз, когда повреждение окружающих здоровых тканей должно быть по возможности минимальным.

Представители различных наук учитывают магнитные поля в своих исследованиях. Физик измеряет магнитные поля атомов и элементарных частиц, астроном изучает роль космических полей в процессе формирования новых звёзд, геолог по аномалиям магнитного поля Земли отыскивает залежи магнитных руд, с недавнего времени биология тоже активно включилась в изучение и использование магнитов.

Биологическая наука первой половины XX века уверенно описывала жизненные функции, вовсе не учитывая существования каких-либо магнитных полей. Более того, некоторые биологи считали нужным подчеркнуть, что даже сильное искусственное магнитное поле не оказывает никакого влияния на биологические объекты.

В энциклопедиях о влиянии магнитных полей на биологические процессы ничего не говорилось. В научной литературе всего мира ежегодно появлялись единичные позитивные соображения о том или ином биологическом эффекте магнитных полей. Однако этот слабый ручеёк не мог растопить айсберг недоверия даже к постановке самой проблемы… И вдруг ручеёк превратился в бурный поток. Лавина магнитобиологических публикаций, словно сорвавшись с какой - то вершины, с начала 60 - х годов непрестанно увеличивается и заглушает скептические высказывания.

От алхимиков XVI века и до наших дней биологическое действие магнита много раз находило поклонников и критиков. Неоднократно в течение нескольких веков наблюдались всплески и спады интереса к лечебному действию магнита. С его помощью пытались лечить (и не безуспешно) нервные болезни, зубную боль, бессонницу, боли в печени и в желудке - сотни болезней.

Для лечебных целей магнит стал употребляться, вероятно, раньше, чем для определения сторон света.

Как местное наружное средство и в качестве амулета магнит пользовался большим успехом у китайцев, индусов, египтян, арабов, греков, римлян и т.д. О его лечебных свойствах упоминают в своих трудах философ Аристотель и историк Плиний.

Во второй половине XX века широко распространились магнитные браслеты, благотворно влияющие на больных с нарушением кровяного давления (гипертония и гипотония).

Кроме постоянных магнитов используются и электромагниты. Их также применяют для широкого спектра проблем в науке, технике, электронике, медицине (нервные заболевания, заболевания сосудов конечностей, сердечно - сосудистые заболевания, раковые заболевания).

Более всего учёные склоняются к мысли, что магнитные поля повышают сопротивляемость организма.

Существуют электромагнитные измерители скорости движения крови, миниатюрные капсулы, которые с помощью внешних магнитных полей можно перемещать по кровеносным сосудам чтобы расширять их, брать пробы на определённых участках пути или, наоборот, локально выводить из капсул различные медикаменты.

Широко распространён магнитный метод удаления металлических частиц из глаза.

Большинству из нас известно исследование работы сердца с помощью электрических датчиков - электрокардиограмма. Электрические импульсы, вырабатываемые сердцем, создают магнитное поле сердца, которое в max значениях составляет 10^-6 напряжённости магнитного поля Земли. Ценность магнитокардиографии в том, что она позволяет получить сведения об электрически "немых" областях сердца.

Надо отметить, что биологи сейчас просят физиков дать теорию первичного механизма биологического действия магнитного поля, а физики в ответ требуют от биологов побольше проверенных биологических фактов. Очевидно, что успешным будет тесное сотрудничество различных специалистов.

Важным звеном, объединяющим магнитобиологические проблемы, является реакция нервной системы на магнитные поля. Именно мозг первым реагирует на любые изменения во внешней среде. Именно изучение его реакций будет ключом к решению многих задач магнитобиологии. Самый простой вывод, который можно сделать из выше сказанного - нет области прикладной деятельности человека, где бы не применялись магниты.

Разработка занятия темы 5. «Постоянные магниты. Магнитное поле Земли»

Цели:

формирование понятия о постоянном магните и его свойствах, а также магнитном поле Земли;

развитие у учащихся произвольного внимания, мышления (умения анализировать, сравнивать, строить аналогии, делать умозаключения.), познавательного интереса (на основе физического эксперимента);

формирование мировоззренческих понятий о познаваемости мира, для воспитания чувства само- и взаимоуважения при работе в парах, чувство ценности интеллектуального труда, значимость изучаемого материала.

Методы обучения: объяснительно-иллюстративный, репродуктивный, частично-поисковый.

Формы организации познавательной деятельности:

• фронтальная (фронтальная беседа на всех этапах урока);

• парная (проведение опытов);

• индивидуальная (выполнение теста).

Приемы реализации методов:

• интонационное выделение учителем логически важных моментов изложения;

• ответы на поставленные вопросы;

• демонстрация видеофрагментов с помощью мультимедийного оборудования; рисунков; фронтального опыта:

• самостоятельная работа с учебником;

• составление опорных конспектов;

• задание учащимся на осмысление изученных знаний.

Средства обучения: учебник Физика - 9, компьютер, диск из серии "Электронные уроки и тесты" по физике под названием "Магнитное поле".

Оборудование: на столах у учащихся два полосовых магнита, баночка с металлическими опилками, картон.

ХОД ЗАНЯТИЯ

Рефлексия

1. Все ли этапы занятия требовали от вас повышенного внимания?

2. Работало ли данное занятие на развитие ваших способностей?

3. Удалось ли вам открыть такие качества, которых вы в себе и не замечали?

4. Ощущали ли вы дискомфорт?

5. Утомило ли вас занятие?