WŁAŚCIWOŚCI MAGNESÓW TRWAŁYCH
advertisement
WŁAŚCIWOŚCI MAGNESÓW TRWAŁYCH CELE LEKCJI: Uczeń potrafi: - nazwać bieguny magnetyczne magnesu, - opisać oddziaływania między magnesami, - opisać oddziaływania magnesu z metalami, - wnioskować o istnieniu pola magnetycznego, • Magnetyt – Fe3O4 – ruda żelaza wykazująca właściwości magnetyczne, tzn. przyciąga żelazo. • Wykryta w Azji Mniejszej koło Magnezji. BADANIE WŁAŚCIWOŚCI MAGNESÓW Magnesy zbliżane do siebie biegunami jednoimiennymi odpychają się, a różnoimiennymi się przyciągają. BADANIE WŁAŚCIWOŚCI MAGNESÓW Najsilniejsze oddziaływanie magnesu na przedmioty stalowe występuje przy jego biegunach, swoją środkową częścią magnes nie przyciąga tych przedmiotów. BADANIE WŁAŚCIWOŚCI MAGNESÓW WNIOSKI: • Drobne przedmioty stalowe i żelazne umieszczone w pobliżu magnesu są przyciągane przez ten magnes. • Nie wszystkie metale umieszczone w pobliżu magnesu są przyciągane przez magnes (np. miedź, aluminium, złoto, srebro). Końce magnesu nazywamy biegunami magnetycznymi. a) biegun północny magnetyczny – koniec magnesu zwracający się w stronę bieguna północnego geograficznego (N), b) biegun południowy magnetyczny – koniec magnesu zwracający się w stronę bieguna południowego geograficznego (S). magnes sztabkowy magnes podkowiasty Igła magnetyczna – mały magnes podparty w środku (ustawia się wzdłuż południka magnetycznego Ziemi. POLE MAGNETYCZNE MAGNESÓW Pole magnetyczne jest to przestrzeń otaczająca magnes trwały lub przewodnik, w którym płynie prąd. Pole magnetyczne - stan przestrzeni, w której na poruszające się ładunki elektryczne, inne magnesy, a także na przedmioty wykonane stali i żelaza działają siły magnetyczne. Pole magnetyczne można przedstawić graficznie za pomocą linii sił pola. Zwrot linii pola wskazuje północny biegun igły magnetycznej umieszczonej w tym polu. Linie sił pola magnesu sztabkowego POLE MAGNETYCZNE ZIEMI Pole magnetyczne w pobliżu Ziemi jest podobne do pola wytworzonego przez magnes sztabkowy We wnętrzu Ziemi istnieje ciekłe jądro zewnętrzne, w którym występują prądy konwekcyjne. Prądy takie unoszą ze sobą olbrzymie ilości wolnych elektronów, które są równoważne z prądem elektrycznym, który z kolei skutkuje powstaniem otaczającego pola magnetycznego. Bieguny magnetyczne Ziemi Dipol magnetyczny umieszczony w środku Ziemi, nachylony względem osi obrotu o kąt 11,5°. Na rysunku zaznaczone są bieguny geograficzne, magnetyczne i geomagnetyczne oraz równik geograficzny, magnetyczny i geomagnetyczny Jak wyjaśnić magnetyczne własności ciał? Model atomu – elektrony krążące wokół jądra • Elektron poruszający się po zamkniętej powłoce jest równoważny mikroskopijnej pętli z prądem, wytwarzającej własne pole magnetyczne Jądro atomowe Elektron Własności magnetyczne atomu: Wypadkowy moment magnetyczny atomu jest sumą wszystkich momentów magnetycznych elektronów (a także w bardzo niewielkim, zazwyczaj pomijanym stopniu również i protonów i neutronów). Z uwagi na dążenie w przyrodzie do minimalnego stanu energetycznego pojedyncze momenty magnetyczne elektronów mają tendencję do ustawiania się w przeciwnych kierunkach (zarówno momenty orbitalne jak i spinowe) czym powodują znoszenie udziału magnetycznego takich sparowanych elektronów. Dlatego też, dla atomu z całkowicie wypełnionymi powłokami i podpowłokami elektronowymi wewnętrzne magnetyczne momenty znoszą się całkowicie. Tylko atomy z częściowo wypełnionymi powłokami elektronowymi posiadają wypadkowy moment magnetyczny, którego wartość zależy głównie od ilości niesparowanych elektronów. Podstawowe materiały magnetyczne • Paramagnetyki • Ferromagnetyki • Diamagnetyki Paramagnetyki • W zewnętrznym polu magnetycznym paramagnetyki ustawiają się wzdłuż linii sił pola magnetycznego [para w języku greckim oznacza wzdłuż] paramagnetyk N S • W nieobecności zewnętrznego pola magnetycznego paramagnetyk nie jest namagnesowany Paramagnetyki • Do paramagnetyków należą m.in. tlen (O2), tlenek azotu(II) (NO), lit, sód, potas, magnez, wapń, glin, ebonit, hemoglobina krwi, roztwory wodne soli zawierających jony pierwiastków przejściowych, niektóre z tych soli w postaci krystalicznej, … • W zewnętrznym polu magnetycznym paramagnetyk magnesuje się zgodnie z tym polem N S Diamagnetyki • Należą do nich: rtęć, miedź, złoto, cynk, woda, wodór, chlor, kwarc, jednoatomowe gazy szlachetne, azot, rodzynki … • W zewnętrznym polu magnetycznym diamagnetyki prostopadle do linii sił pola magnetycznego. ustawiają diamagnetyk N S się Diamagnetyki • Diamagnetyki samorzutnie nie wykazują właściwości magnetycznych - nie są przyciągane przez magnes. • Umieszczenie diamagnetyka w zewnętrznym polu magnetycznym powoduje powstanie w tym materiale pola magnetycznego skierowanego przeciwnie do zewnętrznego pola. N S Ferromagnetyk • Do ferromagnetyków należą m.in.: żelazo, kobalt, nikiel oraz niektóre stopy • Nazwa ferromagnetyk pochodzi od łacińskiej nazwy żelaza „ferrum” Domena magnetyczna wymiary około 0,0001-0,01 m Ferromagnetyk w niezerowym polu magnetycznym N S B Zastosowanie ferromagnetyków Miękkie -to np. stopy Fe i Si, Fe i Ni, Fe i Co, -stosowane: w transformatorach, do generacji energii elektrycznej (generatory, alternatory i prądnice) oraz zamiany energii elektrycznej w mechaniczną (silniki elektryczne), do zapisu danych cyfrowych na dyskach lub kartach magnetycznych. Półtwarde - wykorzystywane do wytwarzania pamięci magnetycznych, gdzie powierzchnia magnetyczna jest namagnesowana w kierunku dodatnich (logiczna jedynka) lub ujemnych (logiczne zero) wartości indukcji magnetycznej, systemów zabezpieczeń towarowych, czujników Twarde – magnetyt, stal i inne stopy metali ferromagnetycznych, np. Alnico zawierające Fe, Co, Ni, - stosowane do wytwarzania magnesów trwałych, PODSUMOWANIE • Każdy magnes ma dwa bieguny: północny (N) i południowy (S). Nie można rozdzielić biegunów magnesu. Każdy podział daje magnesy dwubiegunowe. • Bieguny jednoimienne magnesów odpychają się, a bieguny różnoimienne przyciągają się wzajemnie. • Ruda magnetytu, magnes stały (namagnesowany stalowy przedmiot), kula ziemska wytwarzają wokół siebie pole magnetyczne, które możemy badać za pomocą igiełki magnetycznej lub opiłków żelaza. • Pole magnetyczne przedstawiamy na rysunku w postaci tzw. linii pola magnetycznego. Linie przebiegają od bieguna północnego do bieguna południowego. • Pole magnetyczne w pobliżu Ziemi jest podobne do pola wytworzonego przez magnes sztabkowy.
