Przeczytaj i zrób krótką notatkę w zeszycie Lekcja 1
Wiadomości o magnetyzmie i elektromagnetyzmie
Ten dział poświęcony został oddziaływaniom magnetycznym. Napisaliśmy o magnesach stałych i ich biegunach, otaczającym je polu magnetycznym, oddziaływaniu magnesów między sobą i na inne substancje. Przedstawiliśmy Ziemię jako wielki magnes sztabkowy i wyjaśniliśmy, jak działa kompas. Substancje ze względu na ich właściwości magnetyczne podzieliliśmy na ferro-, para- i diamagnetyki. Pokazaliśmy związek między prądem a magnetyzmem oraz jak ta zależnośd znalazła zastosowanie w elektromagnesach i silnikach elektrycznych, a także jak przejawia się ona
w istnieniu fal elektromagnetycznych (radiowych, świetlnych czy rentgenowskich).
Zjawiska magnetyczne od wielu stuleci fascynowały uczonych i wynalazców. I bardzo słusznie – badanie tych zjawisk doprowadziło bowiem do wielu niezwykłych odkryd i powstania urządzeo, które zmieniły oblicze ludzkości
1. Magnes trwały
Źródło: Anita Mowczan,
Magnes – ciało, które przyciąga żelazo albo przyciąga lub odpycha inne magnesy.
1. Każdy magnes posiada dwa bieguny:
o północny – oznaczony symbolem N;
o południowy – oznaczony symbolem S.
2. Magnes podzielony na pół utworzy dwa magnesy, z których każdy będzie miał dwa bieguny.
3. Bieguny magnesów oddziałują wzajemnie jeden na drugi:
o jednoimienne się odpychają;
o różnoimienne się przyciągają.
2. Pole magnetyczne magnesu
Źródło: oskay (https://www.flickr.com),
1. Przestrzeo wokół magnesu nazywana jest polem magnetycznym. Na umieszczone
przedmioty żelazne lub inne magnesy umieszczone w tej przestrzeni działa siła magnetyczna.
2. Pole to można przedstawid graficznie za pomocą linii sił pola. Ich kształt najłatwiej pokazad za pomocą opiłków żelaznych rozsypanych wokół magnesu.
3. Pole magnetyczne jest najsilniejsze w pobliżu biegunów i właśnie tam linie sił pola są najbardziej zagęszczone.
4. Liniom pola nadaje się zwrot od bieguna północnego (N) do bieguna południowego (S).
3. Pole magnetyczne Ziemi. Kompas
Rozkład linii pola magnetycznego wokół Ziemi
1. Ziemia jako planeta jest otoczona i wypełniona polem magnetycznym.
2. Jego obecnośd można wykryd za pomocą igły magnetycznej (małego, lekkiego magnesu w kształcie igły), któr może się swobodnie obracad. Wszystkie takie igły zostawione swobodnie ustawiają się w kierunku północ – południe.
3. Koniec igły skierowany w kierunku północnym nazwano biegunem północnym (N).
4. Powyższe właściwości igły magnetycznej wykorzystuje się w działaniu kompasu.
5. Kompas jest przyrządem, którego zasadniczym elementem jest igła magnetyczna, często mająca kształt strzałki (grot strzałki to biegun N), umieszczona na tle tarczy z podziałka kątową. Igła ta może się obracad w płaszczyźnie poziomej.
6. Pole magnetyczne Ziemi ma taki kształt, jakby wewnątrz Ziemi znajdował się ogromny magnes sztabkowy.
7. Południowy biegun magnetyczny Ziemi znajduje się w pobliżu północnego bieguna geograficznego, a północny biegun magnetyczny w pobliżu geograficznego bieguna południowego.
8. Pole magnetyczne Ziemi, zwane też magnetosferą, sięga daleko w przestrzeo kosmiczną – znacznie dalej niż atmosfera.
4. Substancje magnetyczne
Źródło: ben_osteen (https://www.flickr.com).
Ze względu na to, jak magnesy oddziałują na inne substancje, dzielimy je na trzy kategorie:
1. Ferromagnetyki – silnie przyciągane przez magnes, w obecności innych magnesów same stają się magnesami.
o przykłady: żelazo, kobalt, nikiel, neodym oraz związki i stopy tych metali.
o zastosowanie: budowa magnesów trwałych, rdzenie elektromagnesów, rdzenie transformatorów, nośniki pamięci (dyski, dyskietki, taśmy magnetyczne, paski magnetyczne), uchwyty magnetyczne i wiele innych.
2. Paramagnetyki – słabo przyciągane przez magnes.
o przykłady: aluminium, sód, potas, lit.
3. Diamagnetyki – słabo odpychane przez magnes.
o przykłady: miedź i jej stopy (w tym mosiądz), grafit, bizmut, złoto, woda destylowana, gazy szlachetne, cukry i inne związki organiczne.
Lekcja 2.
1. Pole magnetyczne prądu
Źródło: Tomorrow Sp. z o.o., licencja: CC BY 3.0.
1. Jeśli przez przewodnik płynie prąd, to wokół tego przewodnika powstaje pole magnetyczne.
2. Obecnośd oraz kierunek linii tego pola można wykryd za pocą igły magnetycznej.
3. Zmiana kierunku przepływu prądu w przewodniku wywołuje zmianę kierunku pola magnetycznego wokół niego.
4. Układ linii pola magnetycznego wokół przewodnika z prądem zależy od kształtu przewodnika.
5. Powstające wokół prostoliniowego przewodnika z prądem pole magnetyczne ma kształt współśrodkowych okręgów.
Źródło: UniServeScienceVIDEO (https://www.youtube.com), licencja: CC BY 3.0.
Pole magnetyczne wokół zwojnicy przypomina kształtem pole wokół magnesu sztabkowego.
Źródło: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY 3.0.
2. Elektromagnesy
Źródło: Pearson Scott Foresman (https://commons.wikimedia.org), public domain.
1. Elektromagnes to magnes powstający w wyniku przepływu prądu elektrycznego.
2. Elektromagnes najczęściej zbudowany jest ze zwojnicy, w której płynie prąd, i ferromagnetycznego rdzenia, wzmacniającego pole magnetyczne.
3. Elektromagnesy oddziałują na siebie wzajemnie i z magnesami: przyciągają się biegunami różnoimiennymi, a odpychają – jednoimiennymi.
4. Zastosowanie
o dźwigi elektromagnetyczne na złomowiskach;
o zamki i zawory elektromagnetyczne;
o włączniki i styczniki elektromagnetyczne;
o akceleratory;
o urządzenia do magnetycznego rezonansu jądrowego.
Lekcja 3
1. Silnik elektryczny
Źródło: Luigi Chiesa (https://commons.wikimedia.org), licencja: CC BY-SA 3.0.
1. Na przewodnik z prądem umieszczony w polu magnetycznym działa siła zwana siłą elektrodynamiczną.
2. Siła ta działa prostopadle do przewodnika oraz prostopadle do linii pola magnetycznego.
Zależy od kierunku i natężenia prądu oraz od ustawienia przewodnika względem linii pola.
3. Oddziaływanie to można wyjaśnid na podstawie oddziaływania magnesu z polem magnetycznym wytworzonym przez prąd płynący w przewodniku.
4. Oddziaływanie pola magnetycznego na przewodnik z prądem znalazło zastosowanie w silnikach elektrycznych.
5. W silniku elektrycznym energia elektryczna zamieniana jest na energię mechaniczną.
6. Silnik na prąd stały zbudowany jest z:
o stojana – tworzą go magnesy trwałe lub elektromagnesy;
o wirnika – ułożyskowanej zwojnicy, umieszczonej między magnesami, czyli wewnątrz stojana.
7. Wirnik, w którym płynie prąd, staje się elektromagnesem, który oddziałuje na magnesy.
Dzięki temu wirnik się obraca.
2. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej
Źródło: Krzysztof Jaworski, licencja: CC BY 3.0.
1. Względny ruch magnesu i przewodnika sprawia, że zaczyna płynąd prąd. Nazywamy go prądem indukcyjnym.
2. W przewodniku umiszczonym w zmiennym polu magnetycznym powstaje napięcie elektryczne – zjawisko to nazywamy indukcją elektromagnetyczną.
3. Zjawisko indukcji elektromagnetycznej zostało odkryte niezależnie przez dwóch naukowców – Michaela Faraday'a i Josepha Henry'ego.
