laboratorium fizyki państwowej wyższej szkoły

advertisement
LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ
SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE
Ćwiczenie nr 8
Temat: Obserwacja i analiza linii sił pola magnetycznego.
Zestaw ćwiczeniowy zawiera cztery magnesy (dwa małe i dwa duże) oraz okno do
obserwowania efektów działania niewidzialnych pól magnetycznych i obserwowania
jak można oddziaływać na te pola magnesami. Prostokątne i przezroczyste okno
zawiera magnetyczny proszek zawieszony w płynie i umożliwia obserwację wzorów
pól magnetycznych. Kiedy magnes jest obecny, wpływa na proszek, który staje się
częściowo namagnesowany. Cząsteczki proszku przyciągają się nawzajem i grupują
w liniach, które reprezentują wzorzec pól magnetycznych. Okno wzorów pól
magnetycznych pokazuje przekrój trójwymiarowych pól magnetycznych wokół
magnesu. Bieguny magnesów są punktami o największe mocy magnetycznej,
zawsze występują parami i są nazywane „biegunem północnym” i „biegunem
południowym”. Bieguny jednoimienne się odpychają a różnoimienne przyciągają.
UWAGA: Proszę trzymać okno wzorów pól magnetycznych i magnesy ostrożnie.
Unikać upuszczania ich albo wystawiania na wysoką temperaturę. Przezroczyste
okno może pęknąć lub się porysować a magnesy mogą się rozmagnesować. Okno
można myć wodą z łagodnym mydłem. Gromadzenie się niewielkiej ilości bąbelków
w oknie może świadczyć o dostaniu się powietrza do płynu. Małe bąbelki
rozprowadzą się w preparacie i nie zakłócą działania okna. Magnesy mogą
uszkodzić sprzęt zawierający elementy magnetyczne. Nie kładź magnesów przy
kasetach magnetofonowych i wideo, magnetycznych kart płatniczych i dysków
komputerowych.
Przygotowanie okna do użycia: Zmieszaj cząsteczki w płynie trzymając okno
poziomo kręcąc nim tam i z powrotem. Wykonuj tą czynność dopóki cząsteczki w
płynie
nie
zostaną
równomiernie
rozprowadzone.
Zachodzi
konieczność
każdorazowego rozprowadzenia cząsteczek w płynie przed każdym ćwiczeniem.
1
PRZEBIEG DOŚWIADCZEŃ:
1. Eksperyment polega na zobaczeniu co się stanie jeśli umieścisz sztabkę
magnesu na górze okna wzorów pól magnetycznych. Pukaj lekko w środek
wizjera dopóki cząsteczki nie ustawią się ukazując kształt pola magnetycznego.
Dalsze pukania w brzegi może poprawić rozdzielczość pola oddalonego od
magnesu.
Jaki rodzaj wzoru zaobserwowałeś?
Obserwuj jak linie grupują się nieopodal biegunów magnesu i jak tworzą pętle, które
zaczynają się i kończą na biegunach magnesu. Pole magnetyczne jest najsilniejsze
tam gdzie linie są najbliżej siebie. Jeśli przyjrzysz się uważniej, zauważysz że dzieje
2
się to na każdym biegunie sztabki, zaś pole magnetyczne jest najsłabsze w połowie
drogi między biegunami.
2. Spróbuj umieścić sztabkę magnesu pod oknem wzorów pól magnetycznych. Czy
widzisz podobny wzór jak w ćwiczeniu pierwszym?
3. Powoli opuszczaj okno wzorów pól magnetycznych na magnes. W jakiej
odległości od magnesu zaczniesz widzieć pole magnetyczne? Kiedy trzymasz
okno w odległości 12 milimetrów lub mniej, czy cząsteczki proszku ustawiają się
inaczej niż w punktach 1 i 2?
Magnes wywiera wpływ na każdy magnetyczny obiekt znajdujący się w pobliżu. To
oddziaływanie jest trójwymiarowe i ma miejsce we wszystkich kierunkach wokół
magnesu (nazywa się to działaniem pola magnetycznego). Będziesz mógł zauważyć
3
działanie tego pola ponieważ proszek znajdujący się w płynie wewnątrz okna ustawi
się w kierunku oddziaływania pola. Linie tego oddziaływania zawsze łączą się z
biegunami. Kierunek i siła tego pola zależy od odległości pomiędzy biegunami
magnesu.
4. Możesz to stwierdzić poprzez wolne jednoczesne zbliżanie dwóch podobnych
biegunów magnesów. Siła pola magnetycznego zależy od odległości względem
magnesu. Im bardziej zbliżysz magnes, tym silniejsze będzie jego oddziaływanie.
5. Spróbuj następujących układów magnesów i zobacz jak zmieni się magnetyczny
wzór
5.A. Dwie sztabki magnesów leżą równolegle obok siebie zwrócone północnymi i
południowymi biegunami przeciwlegle względem siebie.
5.B. Dwie sztabki magnesów ustawione na krawędzi, równolegle obok siebie,
zwrócone północnymi i południowymi biegunami przeciwlegle względem siebie.
4
5.C. Dwie sztabki magnesów w jednej linii zwrócone do siebie biegunami
północnymi.
5.D. Dwie sztabki magnesów w jednej linii, zwrócone do siebie północnym i
południowym biegunem.
5.E. Dwie sztabki magnesu leżąc obok siebie stykając się biegunami północnymi i
południowymi.
6. Możesz obejrzeć proszek w detalach używając szkła powiększającego. Widzisz
jak zachowuje się proszek gdy nieopodal jest magnes> Czy możesz
zaobserwować jakie są kształty linii?
Proszek w płynie znajdującym się w oknie wzorów pól magnetycznych jest
magnetyczny. Cząsteczki proszku reagują na oddziaływanie magnetyczne i są
przyciągane do biegunów magnesu. Możesz zaobserwować działanie pola
magnetycznego którego skutkiem jest przyciąganie cząsteczek proszku wzdłuż linii
pola magnetycznego. Dzieje się tak dlatego, że namagnesowane materiały czasowo
same stają się magnesami gdy znajdują się w polu magnetycznym. Cząsteczki
magnetycznego proszku również przyciągają się wzajemnie i tworzą linie.
5
Stwórz nowy wzór poprzez umieszczenie jednego magnesu pod oknem wzorów pól
magnetycznych a następnie przesuwaj kolejny magnes w pobliżu pierwszego
magnesu. Możesz zaobserwować, że kształt pola zmieni się. Czy możesz utworzyć
nowe wzory z udziałem więcej niż jednego magnesu? Czy linie które opuszczą jeden
magnes zawsze kończą się na tym magnesie?
7. Czy są jakiekolwiek materiały, które izolują pole magnetyczne? Spróbuj wstawić
kawałek papieru, folii aluminiowej, szkła, plastiku lub stali pomiędzy magnesy i
okno wzorów pól magnetycznych. Czy którykolwiek z tych materiałów „blokuje”
pole magnetyczne?
8. Co stanie się jeśli przymocujesz kawałek stali do jednego z biegunów magnesu>
Jak to wpłynie na powstały wzór?
Teraz spróbuj wykryć pole magnetyczne na kawałku stali. Czy taki kawałek stali
posiada własne pole magnetyczne czy tylko wtedy, gdy przymocowany jest do
magnesu?
Co ci to mówi o zjawisku magnetyzmu i różnicy pomiędzy magnesem a zwykłym
kawałkiem stali? Kawałek stali może stać się magnesem tylko wtedy kiedy zostanie
przymocowany do innego magnesu albo wtedy gdy zostanie umieszczony wewnątrz
pola magnetycznego.
9. Postaw
okno
wzorów
pól
magnetycznych
na
krawędzi
i
obserwuj
przemieszczanie się magnetycznych cząsteczek ku dołowi.
9.A. Powtórz tę czynność ale tym razem trzymaj magnes nad oknem zwrócony
biegunem wobec okna. Co się stanie jeśli zabierzesz magnes? Kiedy magnes jest
6
trzymany nieopodal, cząsteczki zbierają się razem w polu magnetycznym i tworzą
duże grupy które opadają znacznie szybciej niż pojedyncze cząsteczki.
9.B. Teraz powtórz powyższą czynność z magnesem na dole. Jakie nowe wzory się
utworzą? Przepływające wzory są tworzone na skutek ruchu magnetycznych
cząsteczek w jednym kierunku oraz na skutek ruchu płynu w przeciwnym kierunku.
9.C. Spróbuj ponownie używając pojedynczego pola magnesu trzymanego nad
oknem. Jakie nowe wzory powstaną?
PAMIĘTAJ O ROZPROWADZENIU CZĄSTECZEK W OKNIE WZORÓW POL
MAGNETYCZNYCH PRZED KAŻDYM EKSPERYMENTEM.
7
Download