Магнитное поле вокруг нас

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АРХАНГЕЛЬСКОЙ ОБЛАСТИ

“ВЕЛЬСКИЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ”

(ГБПОУ СПО АО Вельский экономический колледж»)

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Тема: ”Магнитное поле”

Выполнили студенты группы ПКС-11 Тимофеев Михаил Николаевич Михайлов Алексей Андреевич Научный руководитель Дмитроченко Марина Ильинична

Исследовательская работа защищена_______________________

^{(дата защиты)}

С оценкой____________________

^{(оценка прописью)}

ВЕЛЬСК

2016

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ--------------------------------------------------------------------------3

1. ТЕОРЕТИЧЕСИЙ АСПЕКТ----------------------------------------------5

   1. История развития представлений о магнитном поле------5

   2. Магнитные поля и их происхождение-------------------------7

   3. Источники магнитных полей------------------------------------8

   4. Проявление магнитного поля------------------------------------9

2. ПРАКТИЧЕСКИЙ АСПЕКТ----------------------------------------------11

2.1 Анкетирование-------------------------------------------------------11

ЗАКЛЮЧЕНИЕ----------------------------------------------------------------------16

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ-------------------------------17

ПРИЛОЖЕНИЕ А-------------------------------------------------------------------18

ВВЕДЕНИЕ

Магнитные поля, мы сталкиваемся с ними ежедневно, но почему многие люди об этом даже не задумываются, ведь они повсюду.

Магнитные поля - это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения, магнитное составляющая электромагнитного поля.

Основной силовой характеристикой магнитного поля является вектор магнитной индукции. С математической точки зрения—векторное поле, определяющее и конкретизирующее физическое понятие магнитного поля. Нередко вектор магнитной индукции называется для краткости просто магнитным полем.

Магнитное поле можно назвать особым видом материи, посредством которого осуществляется взаимодействие между движущимися заряженными частицами или телами, обладающими магнитным моментом.

Магнитные поля являются необходимым следствием существования электрических полей.

Вместе, магнитное и электрическое поля образуют электромагнитное поле, проявлениями которого являются, в частности, свет и все другие электромагнитные волны.

Цель: Изучение влияние магнитных полей на живые организмы.

Проблема: Некоторые люди чувствуют на себе влияние магнитных полей, а некоторые нет. Почему?

Задачи:

1. Узнать, что такое магнитное поле;

2. Выяснить откуда взялись магнитные поля;

3. Выяснить влияние магнитных полей на человека и остальных живых существ;

4. Анкетировать студентов Вельского экономического колледжа

Гипотеза:

Если магнитные поля влияют на организм человека положительно, то почему у некоторых людей возникают из-за них некие своего рода проблемы, в виде головных болей и тому подобные?

Объект исследования: магнитные поля

Предмет исследования: магнитные поля

Тип исследование по теме проведения: Поисковой

Методы исследования:

1.Метод научного познания

2.Теоретические методы: анализ, синтез, сравнение

3.Практический метод

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АСПЕКТ

1. История развития представлений о магнитном поле

Магниты и магнетизм были известны гораздо раньше, изучение магнитного поля началось в 1269 году, когда французский ученый Пётр Перегрин отметил магнитное поле на поверхности сферического магнита, применяя стальные иглы, и определил, что получающиеся линии магнитного поля пересекались в двух точках, которые он назвал «полюсами» по аналогии с полюсами Земли. Почти три столетия спустя, Уильям Гильберт Колчестер использовал труд Петра Перегрина и впервые определённо заявил, что сама Земля является магнитом. Опубликованная в 1600 году, работа Гилберта «De Magnete», заложила основы магнетизма как науки.

В 1750 году Джон Мичелл заявил, что магнитные полюса притягиваются и отталкиваются в соответствии с законом обратных квадратов. Шарль-Огюстен де Кулон экспериментально проверил это утверждение в 1785 году и прямо заявил, что Северный и Южный полюс не могут быть разделены. Основываясь на этой силе, существующей между полюсами, Симеон Дени Пуассон, (1781—1840) создал первую успешную модель магнитного поля, которую он представил в 1824 году. В этой модели магнитное H-поле производится магнитными полюсами и магнетизм происходит из-за нескольких пар (север/юг) магнитных полюсов (диполей).

Три открытия подряд бросили вызов этой «основе магнетизма». Во-первых, в 1819 году Ханс Кристиан Эрстед обнаружил, что электрический ток создает магнитное поле вокруг себя. Затем, в 1820 году, Андре-Мари Ампер показал, что параллельные провода, по которым идёт ток в одном и том же направлении, притягиваются друг к другу. Наконец, Жан-Батист Био и Феликс Савар в 1820 году открыли закон, названный законом Био-Савара-Лапласа, который правильно предсказывал магнитное поле вокруг любого провода, находящегося под напряжением.

Расширив эти эксперименты, Ампер издал свою собственную успешную модель магнетизма в 1825 году. В ней он показал эквивалентность электрического тока в магнитах, и вместо диполей магнитных зарядов модели Пуассона, предложил идею, что магнетизм связан с постоянно текущими петлями тока. Эта идея объясняла, почему магнитный заряд не может быть изолирован. Кроме того, Ампер вывел закон, названный его именем, который, как и закон Био-Савара-Лапласа, правильно описал магнитное поле, создаваемое постоянным током, а также была введена теорема о циркуляции магнитного поля. Кроме того, в этой работе, Ампер ввел термин «электродинамика» для описания взаимосвязи между электричеством и магнетизмом.

В 1831 году Майкл Фарадей открыл электромагнитную индукцию, когда он обнаружил, что переменное магнитное поле порождает электричество. Он создал определение этого феномена, которое известно как закон электромагнитной индукции Фарадея. Позже Франц Эрнст Нейман доказал, что для движущегося проводника в магнитном поле, индукция является следствием действия закона Ампера. При этом он ввел векторный потенциал электромагнитного поля, который, как позднее было показано, был эквивалентен основному механизму, предложенному Фарадеем.

В 1850 году лорд Кельвин, тогда известный как Уильям Томсон, различие между двумя магнитными полями обозначил как поля H и B. Первое было применимо к модели Пуассона, а второе — к модели индукции Ампера. Кроме того, он вывел как H и B связаны друг с другом.

Между 1861 и 1865 годами Джеймс Клерк Максвелл разработал и опубликовал уравнения Максвелла, которые объяснили и объединили электричество и магнетизм в классической физике. Первая подборка этих уравнений была опубликована в статье в 1861 году, озаглавлено «On Physical Lines of Force». Эти уравнения были признаны действительными, хотя и неполными. Максвелл завершил свои уравнения в своей более поздней работе 1865 года«Динамическая теория электромагнитного поля» и определил, что свет представляет собой электромагнитные волны. Генрих Герц экспериментально подтвердил этот факт в 1887 году.

Хотя подразумеваемая в законе Ампера сила магнитного поля движущегося электрического заряда не была явно заявлена, в 1892 году Хендрик Лоренц вывел её из уравнений Максвелла. При этом классическая теория электродинамики была в основном завершена.

Двадцатый век расширил взгляды на электродинамику, благодаря появлению теории относительности и квантовой механики. Альберт Эйнштейн в своей статье 1905 года, где была обоснована его теория относительности, показал, что электрические и магнитные поля являются частью одного и того же явления, рассматриваемого в разных системах отсчета. Наконец, квантовая механика была объединена с электродинамикой для формирования квантовой электродинамики (КЭД).

1.2 Происхождение магнитных полей

Наблюдаемые свойства магнитного поля Земли согласуются с представлением о его возникновении благодаря механизму гидромагнитного динамо. В этом процессе первоначальное магнитное поле усиливается в результате движений (обычно конвективных или турбулентных) электропроводящего вещества в жидком ядре планеты или в плазме звезды. При температуре вещества в несколько тысяч к его проводимость достаточно высока, чтобы конвективные движения, происходящие даже в слабо намагниченной среде, могли возбуждать изменяющиеся электрические токи, способные, в соответствии с законами электромагнитной индукции, создавать новые магнитные поля. Затухание этих полей либо создает тепловую энергию (по закону Джоуля), либо приводит к возникновению новых магнитных полей. В зависимости от характера движений эти поля могут либо ослаблять, либо усиливать исходные поля. Для усиления поля достаточно определенной асимметрии движений. Таким образом, необходимым условием гидромагнитного динамо является само наличие движений в проводящей среде, а достаточным – наличие определенной асимметрии (спиральности) внутренних потоков среды. При выполнении этих условий процесс усиления продолжается до тех пор, пока растущие с увеличением силы токов потери на джоулево тепло не уравновесят приток энергии, поступающей за счет гидродинамических движений.

Динамо-эффект – самовозбуждение и поддержание в стационарном состоянии магнитных полей вследствие движения проводящей жидкости или газовой плазмы. Его механизм подобен генерации электрического тока и магнитного поля в динамо-машине с самовозбуждением. С динамо-эффектом связывают происхождение собственных магнитных полей Солнца Земли и планет, а также их локальные поля, например, поля пятен и активных областей.

1.3 Источники магнитных полей

Магнитное поле создаётся (порождается) током заряженных частиц, или изменяющимся во времени электрическим полем, или собственными магнитными моментами частиц (последние для единообразия картины могут быть формальным образом сведены к электрическим токам).

1. Проявление магнитного поля

Магнитное поле проявляется в воздействии на магнитные моменты частиц и тел, на движущиеся заряженные частицы (или проводники с током). Сила, действующая на движущуюся в магнитном поле электрически заряженную частицу, называется силой Лоренца, которая всегда направлена перпендикулярно к векторам v и B. Она пропорциональна заряду частицы q, составляющей скорости v, перпендикулярной направлению вектора магнитного поля B, и величине индукции магнитного поля B. В Международной системе единиц (СИ) сила Лоренца.

Взаимодействие двух магнитов

Одно из наиболее часто встречающихся в обычной жизни проявлений магнитного поля- взаимодействие двух магнитов: одинаковые полюса отталкиваются, противоположные притягиваются. Представляется заманчивым описать взаимодействие между магнитами как взаимодействие между двумя монополями, и с формальной точки зрения эта идея вполне реализуема и часто весьма удобна, а значит практически полезна (в расчётах); однако детальный анализ показывает, что на самом деле это не полностью правильное описание явления (наиболее очевидным вопросом, не получающим объяснения в рамках такой модели, является вопрос о том, почему монополи никогда не могут быть разделены, то есть почему эксперимент показывает, что никакое изолированное тело на самом деле не обладает магнитным зарядом; кроме того, слабостью модели является то, что она неприменима к магнитному полю, создаваемому макроскопическим током, а значит, если не рассматривать её как чисто формальный приём, приводит лишь к усложнению теории в фундаментальном смысле).

Правильнее будет сказать, что на магнитный диполь, помещённый в неоднородное поле, действует сила, которая стремится повернуть его так, чтобы магнитный момент диполя был сонаправлен с магнитным полем. Но никакой магнит не испытывает действия (суммарной) силы со стороны однородного магнитного поля. Сила, действующая на магнит (не являющийся одиночным точечным диполем) со стороны неоднородного магнитного поля, может быть определена суммированием всех сил (определяемых данной формулой), действующих на элементарные диполи, составляющие магнит.

Впрочем, возможен подход, сводящий взаимодействие магнитов к силе Ампера, а сама формула выше для силы, действующей на магнитный диполь, тоже может быть получена, исходя из силы Ампера.

Явление электромагнитной индукции

Если поток вектора магнитной индукции через замкнутый контур меняется во времени, в этом контуре возникает ЭДС электромагнитной индукции, порождаемая вихревым электрическим полем, возникающим вследствие изменения магнитного поля со временем (в случае неизменного со временем магнитного поля и изменения потока из-за движения контура-проводника такая ЭДС возникает посредством действия силы Лоренца).

1. ПРАКТИЧЕСКИЙ АСПЕКТ

2.1 Анкетирование

В рамках исследовательской работы, было проведено анкетирование (Приложение А) среди студентов «Вельского экономического колледжа»

Рис.2.1

Рис.2.2

Рис.2.3

Рис.2.4

Рис.2.5

Рис2.6

Рис2.7

Рис2.8

Рис2.9

Рис.2.10

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследовательской работы мы узнали, что такое магнитные поля. Выяснили, откуда они берутся, и их влияние на человека, и остальные живые организмы. Провели тестирование среди студентов «Вельского экономического колледжа», и проанализировали мнение по поводу этого.

Как мы выяснили, многие знают, что такое магнитные поля, и какую роль в жизни они играют. Но практически никто себя от них не защищает, и даже не представляют, как это можно сделать, но если посмотреть на это с научной точки зрения, то это невозможно. Ведь это не какой-то материальный предмет, а то, что мы даже не видим. Магнитные поля - это силовое поле, действующее на движущиеся электрические заряды и на тела, обладающие магнитным моментом, независимо от состояния их движения. А что касается других вопросов задаваемых в анкетировании, мы поняли, что многие знают, откуда берутся магнитные поля, и как определять, где какое поле Земли. Так же и с компасом, почти все знают, как им пользоваться. И у многих, часто возникают проблемы из-за магнитных полей, в виде всяческих болей, и чаще всего к этим болям относятся головные боли.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. История развития представлений о магнитном поле (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B5)

2. Магнитное поле земли (http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/f5cabbe2-0385-d90a-c23c-83b72a86e63c/1011829A.htm)

3. Источники магнитного поля (http://www.amtc.ru/production/istochniki-magnit-polya/)

4. Гипотеза происхождения (http://www.electrosad.ru/Proekt/danvlad1.htm)

5. Происхождение магнитных полей (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B5)

6. Проявление магнитного поля (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B5)

7. Взаимодействие двух магнитов (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%BE%D0%B5_%D0%BF%D0%BE%D0%BB%D0%B5)

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Тест:

1.Влияют ли магнитные поля на человека?

1. Да

2. Нет

3. Не знаю

2.Где можно встретить магнитные поля?

1. Дома

2. На улице

3. Где угодно

3.Знаете ли вы, что такое магнитное поле?

1. Да

2. Нет

4.Какую роль играет магнитное поле в жизни?

1. Большую

2. Не значительную

3. Никакой

5.Защищаете ли вы себя как-нибудь от воздействия магнитных полей?

1. Да

2. Нет

3. Не знаю

6.Умеете ли вы пользоваться компасом?

1. Да

2. Нет

3. Не пробовал

7.Из чего образуются магнитные поля?

1. Из полюсов

2. Из поясов

3. Из ничего

8. Как проверить где какой полюс Земли?

1. Компасом

2. Наугад

3. Ничем

9. Жалуются ли ваши родственники на боли из-за магнитных полей?

1. Да

2. Нет

3. Не знаю

10. На какие боли они жалуются?

1. В животе

2. Головные

3. Ни какие