Copy - UNIT 1

Project Number: 2023-1-PL01-KA220-SCH-000164042

Moduł 1: Pole magnetyczne i prąd

Projekt współfinansowany przez Komisję Europejską. Publikacja odzwierciedla jedynie stanowisko autora, a Komisja nie ponosi odpowiedzialności za sposób wykorzystania zawartych w niej informacji. Nr projektu: 2023-1-PL01-KA220-SCH-000164042

Wstęp

W tym dziale poznamy podstawy elektryczności i magnesów oraz połączymy je, aby zrozumieć zasadę działania silnika elektrycznego.

Source: freepik.com

Cele lekcji

Cele lekcji:

• Rozpoznawanie magnesu i odkrycie, że ma on dwa bieguny.
• Podawanie przykładów użycia magnesów w życiu codziennym.
• Odkrycie związku pomiędzy polem magnetycznym a prądem.

Source: freepik.com

Jaki jest związek między polem magnetycznym a prądem elektrycznym?

Niewidzialne pole sił, które tworzy się wokół magnesów i może oddziaływać na naładowane elektrycznie cząstki, jest znane jako pole magnetyczne. To pole, które wyjaśnia przyciągające lub odpychające efekty magnesów, jest jedną z podstawowych koncepcji w elektryczności i magnetyzmie.

Source: freepik.com

Przyjrzyjmy się im bliżej:

Magnes

• Materiały, które tworzą wokół siebie pole magnetyczne i przyciągają substancje magnetyczne, takie jak żelazo, nikiel i kobalt, nazywane są magnesami.
• Magnes ma dwa bieguny zwane północnym i południowym.
• Podczas gdy te same bieguny dwóch magnesów zbliżone do siebie odpychają się, różne bieguny przyciągają się.

Pole magnetyczne

• Pole magnetyczne: Wokół magnesu znajduje się niewidzialne pole, ale jego działanie można odczuć.

To pole nazywa się „polem magnetycznym”.

• Pole magnetyczne pokazuje, jak daleko sięga moc magnesu. To pole jest silniejsze w pobliżu magnesu i słabsze, im dalej się on znajduje.
• Jeśli umieścisz kartkę papieru na magnesie i wysypiesz na nią proszek żelaza, możesz zaobserwować linie pola magnetycznego w płaszczyźnie papieru.

Co się stanie, jeśli weźmiemy magnes i przetniemy go na dwie części?

• Jeśli przetniemy magnes na pół, każda część nadal będzie miała biegun północny i południowy. Atomy wewnątrz magnesu działają jak małe magnesy i są wszystkie skierowane w tym samym kierunku. To wyrównanie powoduje, że jedna strona magnesu ma biegun północny, a druga strona biegun południowy.
• Jest to podstawowa właściwość magnesów. Tak więc linie siły magnetycznej wewnątrz magnesu zawsze wychodzą z bieguna północnego i idą w kierunku bieguna południowego.
• W związku z tym możemy powiedzieć, że magnes składa się z kombinacji wielu małych obszarów magnetycznych na poziomie atomowym, opierając się na fakcie, że każda część, którą uzyskujemy przez podzielenie magnesu, wykazuje właściwości magnetyczne. Możemy również wykorzystać to do wyjaśnienia interakcji magnesów z materiałami magnetycznymi.

Zmiana przedmiotów niemagnetycznych w magnesy

Jak widać na obrazku, materiały magnetyczne, które nie wykazują spontanicznych właściwości magnetycznych, mają również małe obszary magnetyczne w sobie na poziomie atomowym . Ponieważ pola magnetyczne, z których składają się te materiały, tłumią się wzajemnie, nie wykazują one właściwości magnetycznych, jakie występują w naturze.

Zmiana przedmiotów niemagnetycznych w magnesy

Nadal jednak można przekształcić je w magnesy za pomocą czynników zewnętrznych. Najprostszym sposobem jest pocieranie tych materiałów o magnes. Zaobserwowałeś, że gdy pocierasz magnes o żelazo, żelazo staje się magnesem i przyciąga materiały magnetyczne, takie jak spinacze do papieru i igły. W ten sposób nadajemy żelazu właściwość magnesu, choć tymczasowo.

Zmiana przedmiotów niemagnetycznych w magnesy

Innym sposobem namagnesowania materiałów, które nie wykazują właściwości magnetycznych, jest przepuszczanie przez nie prądu. Właściwie jest to sytuacja, którą naukowcy odkryli przez przypadek. Duński fizyk Hans Christian Oersted, kontynuując badania nad obwodem elektrycznym, przypadkowo zauważył, że igła kompasu w pobliżu obwodu odchyla się, gdy przez obwód przepływa prąd elektryczny. W wyniku swoich badań Oersted zaobserwował, że gdy prąd przepływa przez przewód przewodzący, wytwarza wokół niego pole magnetyczne, a dwa przewody przewodzące prąd przyciągają się lub odpychają w zależności od kierunku prądu.

Elektryczność może wytwarzać magnetyzm

• Odkrycia Orsteda wpłynęły na prace naukowców takich jak Michael Faraday i Joseph Henry nad elektromagnetyzmem. W ten sposób zrozumiano, że istnieje związek między elektrycznością i magnetyzmem.
• Cecha magnesowania z efektem, który tutaj widzisz, w rzeczywistości stanowi podstawę zasady działania silników elektrycznych. Przyjrzyjmy się bliżej.

Zeskanuj poniższy kod QR, aby dowiedzieć się więcej o tym, jak ta zasada napędza codzienne urządzenia!

Source: freepik.com

Eksperyment:

W tym eksperymencie zbadacie, jaką rolę magnesy odgrywają w działaniu silników elektrycznych, korzystając z prostego modelu silnika elektrycznego. Instrukcje:

• Zeskanuj kod QR, aby uzyskać dostęp do symulacji prostego silnika elektrycznego.
• Obserwuj, co się dzieje, gdy prąd elektryczny przepływa przez cewkę w pobliżu magnesu.

Co zaobserwowałeś? Dlaczego uważasz, że tak się stało? Jakie wnioski wysnułeś/-aś w wyniku swoich obserwacji? Jak myślisz, jaki jest związek między polem magnetycznym a prądem?