Магнитное поле вещества. Магнитное поле Земли - Магнитное поле - Основы электродинамики

Цель: объяснить существование магнитных свойств вещества.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Актуализация знаний

- Какие вещества называют электролитами?

- Какие частицы являются носителями тока в электролитах?

- Что такое электролитическая диссоциация?

- Что такое электролиз? Где его применяют?

- В чем заключается закон Фарадея для электролиза?

III. Анализ экспериментов

Эксперимент 1

В пробирку с водой до полного исчезновения ее прозрачности добавляют черную тушь. Затем в нее помещают два алюминиевых электрода, расположенных на расстоянии 3-4 мм друг от друга. Подают напряжение 15-20 В на электроды. При пропускании тока частицы туши слипаются и всплывают на поверхность воды. Жидкость в пробирке приобретает прозрачность. (Пример, применения электрического тока в жидкости для очистки от взвешенных загрязнений.)

Эксперимент 2

В большой катушке подвесим на тонких проводах вторую небольшую катушку. Подключим катушки к источнику тока. Наблюдается отклонение катушки от вертикального положения. Если в большую катушку внести железный сердечник, то отклонение маленькой катушки существенно изменится.

Вещества, которые значительно усиливают магнитное поле, называют ферромагнетиками.

Физическая величина, показывающая во сколько раз индукция магнитного поля в веществе, полностью заполняющем поле, отличается по модулю от индукции магнитного поля в вакууме, называется магнитной проницаемостью:

У ферромагнетиков значение магнитной проницаемости достигает нескольких сотен и даже тысяч единиц.

Эксперимент 3

Повторим предыдущий эксперимент. Только вместо железного стержня введем в катушку стержни из меди (алюминия, стекла). В этом случае существенных изменений в отклонении маленькой катушки заметить не удастся.

По характеру проводимых изменений внешнего поля неферромагнитные вещества делятся на парамагнетики и диамагнетики.

Парамагнетиками называют вещества, которые слабо намагничиваются в направлении внешнего поля. Магнитная проницаемость их мала (у сметаны - 1,0034).

Ферромагнетиками называют вещества, которые слабо намагничиваются в направлении, противоположном индукции намагничивающего поля, то есть ослабляющими внешнее магнитное поле.

В веществе магнитное поле создается не только токами, которые текут по проводам, но и движениями электронов, которые происходят внутри атомов и молекул самого вещества. Эти движения эквиваленты микроскопическим токам (молекулярные токи).

В отсутствии внешнего поля молекулярные токи ориентированы беспорядочно, и их магнитные поля скомпенсированы. При наложении внешнего поля компенсация нарушается и, как принято говорить, - тело намагничивается.

IV. Закрепление изученного материала

- Какие вещества называют ферромагнетиками?

- Что такое температура Кюри?

- Какими магнитными свойствами обладают диамагнетики и парамагнетики?

- Существует ли остаточная намагниченность у парамагнетиков?

V. Подведение итогов урока

Домашнее задание

п. 7;

Р - 843.

Творческое задание: Предложите способ нахождения температуры Кюри. Определите ее и сверьте свой результат с табличными данными.

Дополнительный материал

Характеристика магнитного поля Земли

Земля в целом представляет собой огромный шаровой магнит. Человечество начало использовать магнитное поле Земли давно. Уже в начале XII—XIII вв. получает широкое распространение в мореходстве компас. Однако в те времена считалось, что стрелку компаса ориентирует Полярная звезда и её магнетизм. Предположение о существовании магнитного поля Земли впервые высказал в 1600 г. английский естествоиспытатель Гильберт.

В любой точке пространства, окружающего Землю, и на ее поверхности обнаруживается действие магнитных сил. Иными словами, в пространстве, окружающем Землю, создается магнитное поле, силовые линии которого изображены на рис. 9.

Магнитные и географические полюса Земли не совпадают друг с другом. Северный магнитный полюс N лежит в южном полушарии, вблизи берегов Антарктиды, а южный магнитный полюсS находится в Северном полушарии, вблизи северного берега острова Виктория (Канада). Оба полюса непрерывно перемещаются (дрейфуют) на земной поверхности со скоростью около 5 км за год из-за переменности порождающих магнитное поле процессов. Кроме того, ось магнитного поля не проходит через центр Земли, а отстает от него на 430 км. Магнитное поле Земли не симметрично. Благодаря тому, что ось магнитного поля проходит всего под углом в 11,5 градусов к оси вращения планеты, мы можем пользоваться компасом.

Основная часть магнитного поля Земли, по современным воззрениям, имеет внутриземное происхождение. Магнитное поле Земли создаётся ее ядрам. Внешнее ядро Земли жидкое и металлическое. Металл - проводящее ток вещество, и если бы существовали в жидком ядре постоянные течения, то соответствующий электрический ток создавал бы магнитное поле. Благодаря вращению Земли, такие течения в ядре существуют, так как Земля в некотором приближении является магнитным диполем, то есть своеобразным магнитом с двумя полюсами: южным и северным.

Незначительная часть магнитного поля (около 1 %) имеет внеземное происхождение. Возникновение этой части приписывают электрическим токам, текущим в проводящих слоях ионосферы и поверхности Земли. Эта часть магнитного поля Земли подвержена слабому изменению со временем, которое называется вековой вариацией. Причины существования электрических токов в вековой вариации неизвестны.

В идеальном и гипотетическом предположении, в котором Земля была бы одинока в космическом пространстве, силовые линии магнитного поля планеты располагались таким же образом, как и силовые линии обычного магнита, то есть в виде симметричных дуг, протянувшихся от южного полюса к северному. Плотность линий (напряженность магнитного поля) падала бы с удалением от планеты. На деле, магнитное поле Земли находится во взаимодействии с магнитными полями Солнца, планет и потоков заряженных частиц, испускаемых в изобилии Солнцем. Если влиянием самого Солнца и тем более планет из-за удаленности можно пренебречь, то с потоками частиц, иначе - солнечным ветром, так не поступишь. Солнечный ветер представляет собой потоки мчащихся со скоростью около 500 км/с частиц, испускаемых солнечной атмосферой. В моменты солнечных вспышек, а также в периоды образования на Солнце группы больших пятен, резко возрастает число свободных электронов, которые бомбардируют атмосферу Земли. Это приводит к возмущению токов текущих в ионосфере Земли и, благодаря этому, происходит изменение магнитного поля Земли. Возникают магнитные бури. Такие потоки порождают сильное магнитное поле, которое и взаимодействует с полем Земли, сильно деформируя его. Благодаря своему магнитному полю, Земля удерживает в так называемых радиационных поясах захваченные частицы солнечного ветра, не позволяя им проходить в атмосферу Земли и тем более к поверхности. Частицы солнечного ветра были бы очень вредны для всего живого. При взаимодействии упоминавшихся полей образуется граница, по одну сторону которой находится возмущенное (подвергшееся изменениям из-за внешних влияний) магнитное поле частиц солнечного ветра, по другую - возмущенное поле Земли. Эту границу стоит рассматривать как предел околоземного пространства, границу магнитосферы и атмосферы. Вне этой границы преобладает влияние внешних магнитных полей. В направлении к Солнцу магнитосфера Земли сплюснута под натиском солнечного ветра и простирается всего до 10 радиусов планеты. В противоположном направлении имеет место вытянутость до 1000 радиусов Земли.

Основная часть магнитного поля Земли обнаруживает аномалии в различных районах земной поверхности. Эти аномалии, по-видимому, следует приписать присутствию в земной коре ферромагнитных масс или различию магнитных свойств горных пород. Поэтому изучение магнитных аномалий имеет практическое значение при исследовании полезных ископаемых.

Существование магнитного поля в любой точке Земли можно установить с помощью магнитной стрелки.