Copy - UNIT 1

Αριθμός έργου: 2023-1-PL01-KA220-SCH-000164042

ΕΝΟΤΗΤΑ 1: Μαγνητικό πεδίο και ρεύμα

Χρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση. Ωστόσο, οι απόψεις και οι γνώμες που εκφράζονται είναι αποκλειστικά του/των συγγραφέα/συγγραφέων και δεν αντικατοπτρίζουν απαραίτητα τις απόψεις της Ευρωπαϊκής Ένωσης ή του Ευρωπαϊκού Εκτελεστικού Οργανισμού Εκπαίδευσης και Πολιτισμού (EACEA). Ούτε η Ευρωπαϊκή Ένωση ούτε ο EACEA μπορούν να θεωρηθούν υπεύθυνοι για αυτές.

Εισαγωγή

Σε αυτή τη δραστηριότητα θα μάθουμε τα βασικά στοιχεία της ηλεκτρικής ενέργειας και των μαγνητών και θα τα συνδυάσουμε για να κατανοήσουμε την αρχή λειτουργίας ενός ηλεκτροκινητήρα.

Source: freepik.com

Μαθησιακά Αποτελέσματα

Οι μαθητές:

• Θα μπορούν να αναγνωρίζουν τον μαγνήτη και να προσδιορίζουν ότι έχει πόλους.
• Θα δίνουν παραδείγματα χρήσης μαγνητών στην καθημερινή ζωή.
• Θα Κατανοούν τη σχέση μεταξύ μαγνητικού πεδίου και ηλεκτρικού ρεύματος.

Source: freepik.com

Ποια είναι η σχέση μεταξύ μαγνητικού πεδίου και ρεύματος;

Το αόρατο πεδίο δύναμης που σχηματίζεται γύρω από τους μαγνήτες και μπορεί να επηρεάσει τα ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια είναι γνωστό ως μαγνητικό πεδίο. Αυτό το πεδίο, το οποίο εξηγεί τις ελκτικές ή απωστικές επιδράσεις των μαγνητών, είναι μία από τις θεμελιώδεις έννοιες της ηλεκτρικής και μαγνητικής ενέργειας.

Source: freepik.com

Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε αυτά

Μαγνήτης

• Τα υλικά που δημιουργούν ένα μαγνητικό πεδίο γύρω τους και προσελκύουν μαγνητικές ουσίες όπως ο σίδηρος, το νικέλιο και το κοβάλτιο ονομάζονται μαγνήτες.
• Ένας μαγνήτης έχει δύο πόλους που ονομάζονται βόρειος και νότιος.
• Ενώ οι ίδιοι πόλοι δύο μαγνητών που πλησιάζουν ο ένας τον άλλον απωθούνται, οι διαφορετικοί πόλοι έλκονται μεταξύ τους.

Μαγνητικό Πεδίο

• Υπάρχει ένα αόρατο πεδίο γύρω από τον μαγνήτη, αλλά η επίδρασή του είναι αισθητή.

Αυτό το πεδίο ονομάζεται "Μαγνητικό πεδίο".

• Το μαγνητικό πεδίο δείχνει πόσο μακριά εκτείνεται η δύναμη του μαγνήτη. Αυτό το πεδίο είναι ισχυρότερο κοντά στον μαγνήτη και ασθενέστερο όσο πιο μακριά βρίσκεται.
• Αν τοποθετήσετε ένα φύλλο χαρτί πάνω σε έναν μαγνήτη και ρίξετε σκόνη σιδήρου πάνω στο χαρτί, μπορείτε να παρατηρήσετε τις γραμμές του μαγνητικού πεδίου στο επίπεδο του χαρτιού.

Τι συμβαίνει αν πάρουμε έναν μαγνήτη και τον κόψουμε σε δύο κομμάτια;

• Αν κόψετε έναν μαγνήτη στη μέση, κάθε μέρος θα εξακολουθεί να έχει ένα βόρειο και ένα νότιο πόλο. Τα άτομα στο εσωτερικό του μαγνήτη λειτουργούν σαν μικροί μαγνήτες και είναι όλα ευθυγραμμισμένα προς την ίδια κατεύθυνση. Αυτή η ευθυγράμμιση κάνει τη μία πλευρά του μαγνήτη να έχει βόρειο πόλο και την άλλη πλευρά νότιο πόλο.

• Αυτή είναι μια θεμελιώδης ιδιότητα των μαγνητών. Έτσι, οι μαγνητικές γραμμές δύναμης στο εσωτερικό του μαγνήτη βγαίνουν πάντα από το βόρειο πόλο και κατευθύνονται προς το νότιο πόλο.
• Επομένως, μπορούμε να πούμε ότι ένας μαγνήτης αποτελείται από ένα συνδυασμό πολλών μικρών μαγνητικών περιοχών σε ατομικό επίπεδο, με βάση το γεγονός ότι κάθε τμήμα που λαμβάνουμε διαιρώντας έναν μαγνήτη παρουσιάζει ιδιότητες μαγνήτη. Μπορούμε επίσης να το χρησιμοποιήσουμε αυτό για να εξηγήσουμε την αλληλεπίδραση των μαγνητών με μαγνητικά υλικά.

Μετατροπή μη μαγνητικών υλικών σε μαγνήτες

Όπως φαίνεται από την εικόνα, τα μαγνητικά υλικά που δεν παρουσιάζουν ιδιότητες αυθόρμητου μαγνήτη έχουν επίσης μικρές μαγνητικές περιοχές σε ατομικό επίπεδο στο εσωτερικό τους. Ωστόσο, δεδομένου ότι τα μαγνητικά πεδία που συνθέτουν αυτά τα υλικά αποσβένουν το ένα το άλλο, δεν εμφανίζουν μαγνητικές ιδιότητες όπως αυτές απαντώνται στη φύση.

Μετατροπή μη μαγνητικών υλικών σε μαγνήτες

Ωστόσο, εξακολουθεί να είναι δυνατή η μετατροπή τους σε μαγνήτες με μια εξωτερική επίδραση. Ο απλούστερος τρόπος είναι να τρίψετε αυτά τα υλικά πάνω σε έναν μαγνήτη. Έχετε παρατηρήσει ότι όταν τρίβετε έναν μαγνήτη πάνω σε ένα σίδερο, το σίδερο γίνεται μαγνήτης και έλκει μαγνητικά υλικά όπως συνδετήρες και βελόνες. Με αυτόν τον τρόπο, δίνουμε στο σίδερο την ιδιότητα του μαγνήτη, έστω και προσωρινά.

Ο Ηλεκτρισμός μπορεί να δημιουργήσει Μαγνητικό πεδίο

• Ένας άλλος τρόπος μαγνήτισης μαγνητικών υλικών που δεν παρουσιάζουν μαγνητικές ιδιότητες είναι να περάσει ρεύμα μέσα από αυτά.
• Πρόκειται στην πραγματικότητα για μια κατάσταση που οι επιστήμονες ανακάλυψαν τυχαία. Ο Δανός φυσικός Hans Christian Oersted, ενώ συνέχιζε τις μελέτες του για το ηλεκτρικό κύκλωμα, παρατήρησε τυχαία ότι η βελόνα μιας πυξίδας που βρισκόταν κοντά στο κύκλωμα αποκλίνει όταν το κύκλωμα διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα.
• Ως αποτέλεσμα των μελετών του, ο Oersted παρατήρησε ότι όταν το ρεύμα διέρχεται από ένα αγώγιμο καλώδιο, δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από το καλώδιο και δύο καλώδια που φέρουν ρεύμα έλκονται ή απωθούνται ανάλογα με την κατεύθυνση του ρεύματος.

Source: freepik.com

Από την ανακάλυψη στην εφεύρεση

Τα ευρήματα του Όρστεντ επηρέασαν το έργο επιστημόνων όπως ο Μάικλ Φαραντέι και ο Τζόζεφ Χένρι σχετικά με τον ηλεκτρομαγνητισμό. Έτσι, έγινε κατανοητό ότι υπάρχει σχέση μεταξύ ηλεκτρισμού και μαγνητισμού.Το χαρακτηριστικό μαγνήτισης που βλέπετε εδώ είναι στην πραγματικότητα η βάση της αρχής λειτουργίας του ηλεκτρικών κινητήρων και γεννητριών. Ας κάνουμε μια μαθησιακή δραστηριότητα για να το κατανοήσουμε καλύτερα.

Σαρώστε τον παρακάτω QR κωδικό για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο αυτή η αρχή τροφοδοτεί τις καθημερινές μηχανές!

Μαθησιακή δραστηριότητα: Πληροφορίες για τον εκπαιδευτικό

Σε αυτή τη δραστηριότητα, οι μαθητές διερευνούν πώς χρησιμοποιούνται οι μαγνήτες στους ηλεκτροκινητήρες. Οδηγίες:

• Σαρώστε τον κωδικό QR για να αποκτήσετε πρόσβαση στην προσομοίωση ενός απλού ηλεκτροκινητήρα.

Παρατηρήστε τι συμβαίνει όταν το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει μέσω του πηνίου κοντά σε έναν μαγνήτη.

• Συζητήστε:

Τι κάνατε παρατηρήσατε; Γιατί πιστεύετε ότι συνέβη αυτό; Ποια συμπεράσματα βγάλατε ως αποτέλεσμα των παρατηρήσεών σας; Ποια πιστεύετε ότι είναι η σχέση μεταξύ μαγνητικού πεδίου και ρεύματος;