Научно-исследовательский проект "Интересное рядом"

Сотовая связь, компьютеры, банкоматы – не работают…  Так было бы, если бы мир лишился магнитных свойств. Практически всё, что мы используем – следствие использования магнитных материалов в большом количестве. Это электроприборы, электродвигатели, различные датчики, денежные купюры, банковские карты, автомобили…. 
Природа полна тайн и загадок. И  необыкновенная способность магнитов притягивать к себе предметы  вызывала у меня удивление с раннего детства. Моё первое знакомство с магнитом произошло тогда, когда в один из дней рождений мне подарили игры с магнитами.   Сначала меня занимали сами игры,  а недавно мне подарили набор «природа магнетизма». И так, мне захотелось выяснить, что же такое магнит, какие тайны хранит он в себе и есть ли у него связь с электричеством, потому что я живу в молодом городе энергетиков. Ведь главная  гордость нашего города - это атомная станция.

Цель нашей работы: Выяснить влияние электричества и магнетизма на окружающие предметы.

Задачи:
1.Выявить способности магнита.
2. Определить, какими свойствами обладают магниты.
3.Установить, есть ли связь между магнитами и электричеством.

Методы исследования: наблюдение, сравнение, изучение литературы, эксперименты, обобщение.  

Гипотеза: “Что такое магнит?”  

Предположим…  это волшебный предмет.

Возможно, что …  это предмет, который притягивает к себе металлические предметы.
Допустим ...  магнит чем-то полезен на Земле.
Допустим …  электрический ток без магнитного поля не существует.

Легенда о магните
В давние времена на горе Ида пастух по имени Магнис пас овец. Он заметил, что его сандалии, подбитые железом и деревянная палка с железным наконечником, липнут к чёрным камням, которые в изобилии валялись под ногами. Пастух перевернул палку с наконечником вверх и убедился, что дерево не притягивается к странным камням. Снял сандалии и увидел, что босые ноги тоже не притягиваются. Магнис понял, что эти странные камни не признают других материалов кроме железа. Пастух захватил несколько таких камней домой и поразил этим своих соседей. Этот камень стали называть «камнем Магнуса» или просто «магнитом», по названию местности, где добывали железную руду (холмы Магнезии в Малой Азии). На многих языках мира магнит – это значит «любящий». 
Первым прибором, основанным на явлении магнетизма, стал компас. Компас - это устройство для ориентирования на местности. При помощи компаса можно определить, где находятся стороны света: север, юг, запад, восток. Он был изобретен в Китае, приблизительно между IV и VI веками. Устроен компас довольно просто: внутри у него есть магнитная стрелка, которая вращается вертикально и по кругу, она всегда указывает на север. А определив по стрелке, где север, можно определить и где находятся остальные части света. Без этого простейшего навигационного прибора были бы невозможны Великие географические открытия 15-17 веков.

Магнитные полюсы Земли не совпадают с его географическими полюсами
Вокруг Земли есть сильное магнитное поле. Если бы Земля, хоть на мгновение потеряла свою магнитную защиту, на её поверхность проникло бы губительное космическое излучение, которое по своему действию подобно радиоактивному. Учёные считают, что это может привести к катастрофе на нашей планете. К счастью магнетизм сопровождает Землю на протяжении всей её истории.

Магниты
Магнетизм – это невидимая сила, которая действует на некоторые металлы, особенно на железо и сталь. Материалы, создающие эту силу, называются магнитными, или магнитами.
МАГНИТ (магнетит)- кусок железной руды, обладающий свойством притягивать железные или стальные предметы и имеющие собственное магнитное поле. Магниты бывают естественные (природные) и искусственные.
Естественные (или природные) магниты встречаются в природе в виде залежей магнитных руд. Самый крупный известный природный магнит находится в Тартуском университете. Его масса составляет 13 кг, и он способен поднять груз в 40кг. Искусственный магнит. (намагниченное тело, предмет из металла, сплава). 
 Искусственные магниты – это магниты созданные человеком на основе различных ферромагнетиков ( из железа, кобальта и некоторых добавок). Искусственные магниты можно получить, натирая куском магнита в одном направлении железные бруски или просто прислоняя не намагниченный образец к постоянному магниту. Они могут удержать груз более чем в 5000 раз, превышающий их собственный вес.

Искусственные магниты существуют двух видов:
Постоянные магниты – тела, сохраняющие длительное время магнитные свойства, изготовляются из магнитно-твёрдых  материалов, их магнитные свойства не связаны с использованием внешних источников или токов.
Электромагниты – изготовляются с сердечником из магнитно-мягкого железа. Создаваемые ими магнитные поля обусловлены те, что по проводу обмотки  охватывающей сердечник проходит электрический ток.
Магнитная сила – сила, с которой предметы притягиваются к магниту.
Магнитное поле- это район вокруг магнита, в котором действует его сила.
Полюса магнита - место,  где обнаруживается наиболее сильное  действие.
Магниты обладают разными свойствами:
- притягивают металлические предметы;
-могут действовать через другие материалы;
-могут притягиваться на расстоянии;
-магнитная сила  зависит от формы и размеров магнита;
-у магнитов есть полюсы «положительный» и «отрицательный», магнитная сила «сильнее» на полюсах»;
-магнитные полюса существуют только парами;
-магнитная сила имеет свою зону активности «магнитное поле»;
- одинаковые полюсы отталкиваются, разные притягиваются;
- магнитная сила ориентируется по сторонам света;
-магнит может «намагнитить» любой металлический предмет.
-температура влияет на магнитную силу.

Опыт № 1: Что привлекает магниты?
 Взяли предметы из бумаги, металлов, пластмассы, стали и ткани разделили их на две группы: металлические и не металлические. 1. Поднесли магнит по очереди к предметам первой группы. 2. Поднесли магнит по очереди к предметам второй группы. 3. Затем поднесли магнит к поверхности холодильника, шкафа, стене, оконному стеклу. В результате установили: некоторые металлические предметы притягиваются к магниту, а некоторые не испытывают его притяжения; к некоторым поверхностям магнит притягивается сам, а к другим нет. Это происходит потому, что магниты это куски железа или стали обладающие способностью притягивать предметы из железа, стали и металлов содержащих их в небольшом количестве. Дерево, стекло, пластмасса, бумага ткань не реагируют на магнит. К железной поверхности больших размеров магнит притягивается сам, будучи более легким.
Вывод: магнит притягивает к себе только предметы из железа, стали и некоторых других металлов.

Опыт № 2: Может ли магнитная сила проходить через предметы?    
В стакан с водой бросили скрепку. Прислонили  магнит к стенке стакана на уровне скрепки. И после того, как он приблизился к стенке стакана, медленно двигал магнит по стенке вверх.
Скрепка перемещалась вместе с магнитом  и поднялась  вверх вместе с магнитом.   Это происходит потому, что магнитная сила действует и сквозь стекло и сквозь воду.
Вывод:  магнитная сила может проходить через предметы и вещества.

Опыт № 3: Магниты действуют на расстоянии
Нарисуем на бумаге линию и положим на нее скрепку. Теперь потихоньку пододвигайте к этой линии магнит. На каком-то расстоянии от линии скрепка вдруг "скакнет" и прилипнет к магниту. Отметим это расстояние. 
Проведем этот же опыт с другими магнитами. Можно увидеть, что одни из них, сильные примагничивают скрепку с более далекого расстояния, другие слабые -примагничивают скрепку с близкого расстояния. Причем, это расстояние напрямую не зависит от величины самого магнита, а только от его магнитных свойств. 
Вывод: Чем больше магнит, тем больше сила притяжения и тем больше расстояние, на котором магнит оказывает свое воздействие.

Опыт № 4: Зависит ли сила притяжения от формы, размера магнита?
Взяли три магнита разной формы и разного размера. 1. Разложили в три   коробки различные металлические предметы (гвозди, монеты, скрепки) по группам. 2. Затем подносили по очереди магниты к разным коробкам и подсчитали, сколько однотипных предметов сможет поднять каждый магнит. В результате было установлено, что один магнит поднимает больше предметов, чем другие. Это происходит потому, что форма и размеры магнита влияет на его силу. Самые сильные магнитные свойства имеют края магнита, а самые слабые - серединка. Подковообразные магниты сильнее прямоугольных. Самый слабый магнит круглой формы.  Среди магнитов, имеющих одну форму, сильнее будет магнит большего размера.
Вывод: сила магнита зависит от его формы и размера.

Опыт № 5: Магнит имеет два полюса.      
Каждый магнит имеет 1 северный  (N-) и 1 южный  (S+) полюс. Концы магнита называются полюсами. Мы приблизили друг к другу сначала одинаково окрашенные полюсы магнитов, потом разноокрашенные. В результате этого установили, что полюсы одного цвета отталкиваются, а разного притягиваются. Это происходит потому, что полюсы каждого магнита имеют противоположные знаки (положительный и отрицательный). Полюсы противоположных знаков притягиваются; одинаковых – отталкиваются. Если магнит разломать напополам, то он все равно будет иметь 2 полюса. Попробуем сложить 2 магнита. Они превратились в один большой, а магнитные полюсы обнаружены только на противоположных концах составного магнита. Приложим железный шарик к полюсам магнита. Оказалось, что лучше всего шарик притягивается к полюсам, а посередине притяжения нет.
Вывод: у магнита есть два полюса: южный и северный. Одинаковые полюса отталкиваются, разные полюса притягиваются. Магнитная сила сильнее на полюсах. Невозможно получить магнит с одним полюсом.

Опыт № 6: Как намагнитить и размагнитить гвоздь?
Проведем по гвоздю любым концом магнита в одном и том же направлении 30 раз. Касаясь шарика или скрепки, проверим, что гвоздь стал намагниченным и притягивает скрепки. Попробуем провести по гвоздю магнитом вперед-назад и проверим магнитные свойства снова. Скрепки к гвоздю не притягиваются.
Вывод: Любой металлический предмет можно намагнитить и размагнитить.

Опыт № 7: Как увидеть магнитное поле?
На магнит прямоугольной формы мы положили лист бумаги, на бумагу насыпали металлические опилки. Большая часть опилок распределилась по концам магнита - это магнитные полюса. Магнитная сила концентрируется на полюсах.     По рисунку металлических опилок видно зону (силовые линии) активности магнита. Эти линии называются магнитным полем. Пересекающихся линий среди них  нет.
Силовые линии магнитного поля выходят из северного полюса магнита (N), и входят в южный (S). Силовые линии магнитного поля всегда замкнуты (закольцованы).
Форма этих линий, зависит от формы магнита и взаимоотношений полюсов. Мы положим сверху на лист там, где видим контур магнита, половину пластикового шара. Ура! У нас получилась модель магнитного поля Земли!
Вывод: железные опилки образуют узоры под магнитом потому, что опилки располагаются вдоль магнитных силовых линий. Таким образом, с помощью опилок можно как бы увидеть магнитное поле. 

Стрелка компаса намагничена, поэтому реагирует на любое тело имеющее магнитное поле. Поэтому мы можем сказать, что стрелка компаса сориентирована и в магнитном поле Земли т.к. её стрелка показывает направление на север.           Как и у всех магнитов у Земли есть полюса. Северный магнитный полюс Земли находится вблизи южного географического полюса. Южный магнитный полюс Земли расположен там, где северный географический полюс.
Возьмем компас, поставим на стол и повращаем  его.  Какая-то невидимая сила поворачивает стрелку и заставляет её показывать красным концом, где находится север. Это - магнитное поле Земли. Стрелка компаса представляет собой магнит. У постоянных (металлических) магнитов северный полюс красят в синий цвет, южный -  в красный. И только у компасов, сделано наоборот для того, чтобы синяя стрелка (южный полюс) показывала туда, где холодно - на северный полюс Земли, а красная - туда, где жарко. Она всегда поворачивается, чтобы указывать на магнитный север.
Но всегда ли компас показывает на север? Возьмём  магнит и поднесем его к стрелке. Мы видим, что стрелка повернется к магниту, и мы сможем определить, где северный и южный полюса магнита.  Поднесем магнит северным полюсом к стрелке сбоку. Стрелка повернется к магниту, потому что поле нашего магнита сильнее, чем магнитное поле Земли. Постепенно отводим магнит на расстояние, при котором стрелка займет среднее положение, то есть она притягивается Землей и нашим магнитом одинаково.
Вывод: Наша планета Земля - это огромный магнит, полюса которого находятся совсем рядом от географических полюсов планеты. Магнитное поле всех наших магнитов взаимодействует с ее магнитным полем. На этом основана работа компаса, магнитная стрелка которого выстраивается вдоль силовых линий магнитного поля Земли, всегда показывая на север. Значит, на севере Земли находится южный магнитный полюс, а на юге северный магнитный полюс.

Опыт № 9: Делаем компас
Возьмем иглу и намагнитим её с одной стороны с помощью магнита. Нальём в тарелку воды, положим иглу в пластиковую трубочку и пометим маркером намагниченную сторону и опустим в воду. Трубочка вращается. Рядом расположим компас. Намагниченный конец указывает на север.
Ура! Самодельный компас работает!

Опыт № 10: Как влияет температура на свойства магнита?
Поднесем к компасу намагниченную иголку, стрелка повернется к ней. Зажмём иглу в деревянной прищепке и нагреем иглу в пламени свечи докрасна, стрелка компаса вернется в первоначальное положение
Вывод: железо или сталь, нагретое до определенной температуры, теряет магнитные свойства, и даже самый мощный магнит его не притягивает. Как только иголка нагрелась, магнит перестал ее притягивать.

Опыт №11: Можно ли магнитные свойства передать обычному железу?
Возьмём 7 железных шариков и магнит. Поднесем шарик к полюсу, шарик прилипнет к магниту. Добавим другой шарик к первому и так добавляем все 7 шариков. Получилась магнитная цепочка. Возьмемся за верхний шарик и отделим его вместе с остальными шариками от магнита. Мы знаем, что они не магниты, но почему они не разделились сразу? Шарики намагнитились и стали магнитами. Внутри металлических шариков находится магнитное поле, которое придает им магнитные свойства. Чем дальше от полюса магнита, тем оно слабее. Медленно отодвигая шарики от магнита,  мы видим, как они падают один за другим.
Вывод: Магнитные свойства можно передать обычному железу. Но магнитное поле  недолговечно, его можно сделать искусственно.

Электричество
Чтобы выполнить любую работу: переместить груз, обогреть, охладить, осветить помещение, выполнить вычисления и т.д., требуется электрическая энергия. Без электричества нельзя представить современную жизнь.
Как и где вырабатывается электричество?
Существует много способов получения электроэнергии: это атомные электростанции. Атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Она вырабатывается  специальными машинами - турбинами. Генератор вращается с помощью турбины, для которой используется вода, пар, газ. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор; теплоэлектростанции потребляют полезные ископаемые; гидроэлектростанции, для них нужно, чтобы рядом протекала река; ветряные мельницы и солнечные батареи.
Я узнал, что все предметы, в том числе и человек, состоят из маленьких частичек – атомов.
 Каждый атом состоит из протонов – они неподвижные и образуют «атомное ядро»,   протоны имеют положительный заряд(+). Также в каждом атоме есть электроны. Они  подвижны и постоянно вращаются вокруг ядра, и могут «перетекать» от одного атома к другому. Электроны имеют отрицательный заряд (-).
Когда электрон перепрыгивает с одного атома на другой, возникает электричество.
Слово «электричество» происходит от греческого «электрон», что означает «янтарь». Древние греки заметили, что янтарь, потертый об овечью шерсть, притягивает к себе лёгкие предметы.
Всем знакомы легкое потрескивание и искры, издаваемые при снимании с тела синтетической или шерстяной кофты, особенно заметные в тишине и в темноте. Или воздушный шарик, если им активно играть, вдруг начинает собирать на себя пылинки. Это самое простое бытовое проявление электричества – электризация объектов (статическое электричество).
Статическое электричество – это явление, связанное со скоплением положительных и отрицательных зарядов на поверхности тела. Оно не опасно для человека. Его  можно получить, если потереть один о другой два предмета (сделанные из разных материалов). Когда статическое электричество становится достаточно мощным можно увидеть электрическую искру (электрический заряд).     
Что такое электрический ток и откуда он берётся?
Откуда берется электричество в розетке? Электричество, поступающее в наши дома по проводам, вырабатывается на электростанциях с помощью специальной машины,
которая называется  электрогенератором.
Конструкция его довольно проста: между полюсами магнита
вращается катушка с медным проводом (она называется ротором).
В проводе, движущемся в магнитном поле, появляется электрический ток.
В проводах электроны двигаются под действием магнитного поля. Они двигаются в одинаковом направлении, как течет вода в реке. Это электрический ток.
Очень важно: чтобы ток возник, «дорога» от отрицательно заряженного полюса (на котором электронов слишком много) до положительного полюса (где для них много свободного места) должна быть непрерывной. Это  означает «замкнутая цепь».
Электрический ток – это направленный поток заряженных частиц. Это «перетекание» электронов от одного предмета к другому, но в одном направлении. Чтобы ток появился, необходимо направить его в одном направлении. Как заставить его течь?
Для этого необходим источник тока, т.е. устройство, в котором какой-то вид энергии превратится в электрическую энергию. Их бывает несколько видов:
Механический – из-за трения деталей на частях прибора накапливаются заряды и возникает ток (это генераторы).
Тепловой - ток появляется из-за нагревания проволоки (это термодатчики).
Световой – энергия света превращается в электрическую (это солнечные батареи, световые датчики, калькуляторы, видеокамеры).
Химический – ток возникает из-за химической реакции между веществами (это батарейки, аккумуляторы).
Вещества, позволяющие току проходить через них, называются проводниками. Металлы и графит, растворы солей и кислот, влажная почва, тела людей и животных  являются хорошими проводниками электричества. К материалам, которые обычно не проводят электричество, относятся : янтарь, нефть, воск, стекло, резина, бумага, пластмасса. Такие материалы называются  диэлектриками.