Зачетное занятие

Магнитное поле

Вступление

В старину рассказывали, будто есть на краю света гора «Магнит». Она стоит у самого моря. Беда короблю, который подплывает слишком близко. Гора притягивает железо, да так сильно, что вырывает все гвозди из досок. Корабль разваливается и тонет. На свете и в самом деле есть город из магнитной руды. Одна из самых больших была у нас на Урале возле города Магнитогорска. Была, потому что теперь на ее месте зияет глубокая пропасть. Гору по частям взрывали, а обломки загребали в экскаваторы и грузили в вагоны. И ни один из стальных экскаваторов, ни один из стальных вагонов не прилип к горе. Так она и перекочевала понемногу в доменные печи Магнитки - Магнитогорского металлургического комбината. Комбинат «притянул» к себе гору и уничтожил ее.

Магнитная руда притягивает не так уж сильно. Гораздо сильнее действует искусственный магнит. Еще не родился и, наверно, не родится человек, который мог бы сказать: «Я знаю о магните все».

Вопрос: Почему магнит притягивает, всегда будет волновать людей и рождать жажду новых знаний и новых открытий.

И все же человек знает о магните очень много. Во всяком случае, достаточно, много для того, чтобы заставить его служить себе.

Разминка

1. Выбери правильный ответ
   1. Как можно определить направление силы Лоренца.
      1. по правилу левой руки
      2. по правилу правой руки
   2. Вектор магнитной индукции измеряется в:
      1. в Тл
      2. в В
   3. В электроизмерительных приборах работает:
      1. сила Ампера
      2. сила Лоренца
   4. Шаг спирали зависит:
      1. от тангенсальной составляющей
      2. от нормальной составляющей
   5. Радиус окружности, описываемый заряженной частицей зависит:
      1. импульса
      2. силы Ампера
   6. Единица измерения силы Ампера:
      1. Ньютон
      2. Ампер
   7. Какие органы человеческого тела создают вокруг себя магнитное поле:
      1. нерв
      2. сердце
2. О чем идет речь.
   1. Он есть в стереоколонке, он хорошо прилипает к некоторым вещам, он полезен человеку, говорят, что он лечит некоторые болезни (Ответ магнит).
3. Найдите неточность выражения.
   1. Магнитное поле представляет собой особую форму материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между покоящимися электрически заряженными частицами.
   2. В формуле Fa = ВILsina, а — угол между вектором В и длиной проводника.
4. Назовите явление.
   1. Сильное возмущение магнитного поля земли резко нарушающее его плавный суточный ход
      1. магнитная буря
      2. полярное сияние
      3. солнечный ветер
5. Выстроить временную последовательность открытий
   1. Эрстед
   2. Ампер
   3. Лоренц
6. Вставьте пропущенное слово
   1. Вблизи проводника с током Эрстед обнаружил … поле (магнитное).
   2. Постоянные магниты бывают естественного происхождения и … (искусственное).
7. В организме некоторых бактерий есть магнитит. Какие гипотезы вы выдвинете в связи с этим об особенностях поведения данных бактерий. (Передвигается по силовым линиям магнитного поля Земли).

Примерное выступление групп

1. Магнитное поле
   Всюду поле, поле, поле
   Всюду поле господа
   А без поля жизнь плохая
   Не годится ни куда.
   
   • Краткий исторический очерк о развитии учения о магнитных явлениях.

     Магнитные явления были известны еще с древних времен. Однако систематическое исследование их началось примерно с конца XVI в. До начала XIX в. магнитные явления изучались изолированно от электрических. Впервые связь между электрическими и магнитными явлениями была открыта в 1820 г. Эрстедом (демонстрация опыта Эрстеда и его анализ). Открытие Х. К.Эрстеда вызвало большой интерес, и многие физики того времени начали интенсивно изучать электромагнетизм. Особого внимания заслуживают многочисленные открытия Ампера. Например, в конце 1820 г. он открыл закон взаимодействия проводников с током (демонстрация опыта и его анализ, или качественное объяснение).

     По современным воззрениям взаимодействие проводников с током обусловлено действием на движущиеся в них заряженные частицы магнитного поля соседнего проводника.

     Из опытов устанавливаем, что магнитные поля вызваны относительным перемещением заряженных тел или частиц (ионов, протонов, электронов).

   • Свойства магнитного поля.

     (Можно продемонстрировать опыты отклонения электронного пучка в осциллографе).

     В заключение дается определение магнитного поля: магнитное поле – один из видов материи, характерным проявлением которого является силовое воздействие на движущийся электрический заряд (ток), находящийся в области пространства, занятого данным видом материи.

Открытия Л.Гальвани и А.Вольта показали тесную связь электрических и химических явлений. Пока неясным оставался вопрос об отношении электричества и магнетизма. О том, что эти явления каким-то образом связаны, говорили многочисленные собранные Араго факты перемагничивания компасов кораблей во время грозовых бурь. Вот один из примеров. Около 1775 г. два английских судна двигались параллельными курсами из Лондона в Барбадос. На широте Бермудских островов корабли разметало штормом — один из них был поражен молнией: она сломала мачту и изодрала в клочья паруса; другое судно не пострадало. Осматривая его палубу, капитан несказанно был удивлен, увидев, что первое судно сменило курс и двинулось обратно в Англию. Однако вскоре с него прибыл матрос и с изумлением спросил, почему непострадавшее судно решило идти назад, в Англию? После бурной сцены объяснений компасы обоих судов были подвергнуты тщательной проверке. В результате ее выяснилось, что на судне, пораженном молнией, полярность стрелки компаса изменилась на противоположную, и капитан судна поплыл на восток (обратно в Англию), будучи в полной уверенности, глядя на свой компас, что плывет на запад. Были в перечне Араго и «сухопутные» примеры. Рассматривая эти факты, Араго чувствовал, что находится на пороге открытия. Однако открытие, связывающее электричество с магнетизмом, было сделано в 1820 г. датским профессором химии Гансом Христианом Эрстедом (1777 — 1851).

Эрстед родился 14 августа 1777 г. в семье аптекаря. Закончив Копенгагенский университет (медицинский факультет), он в 1797 г. получил диплом фармацевта. В 22 года Эрстед — доктор философии. С 1806 г. он стал профессором Копенгагенского университета. Увлекшись философией, Эрстед много думал о связи между теплотой, светом, электричеством и магнетизмом.

Одна из версий так рассказывает об открытии Эрстеда. 15 февраля 1820 г. Эрстед, читая лекцию студентам университета, демонстрировал свойство электрического тока нагревать проволоку. Совершенно случайно около проволоки оказался компас, не имевший отношения к демонстрируемому явлению. Один из студентов, обратив внимание на компас, заметил, что стрелка его поворачивается, когда по проволоке идет ток. Он указал на это профессору. Для профессора это был давно искомый эффект, обнаруженный так случайно.

Придя домой, Эрстед начал размышлять над наблюдавшимся явлением. И 21 июля 1820 г. вышла в све т работа Эрстеда, написанная на четырех страничках на латинском языке. Описание самого опыта заняло несколько строк, а все остальное было его объяснением, не очень четким, а порою и неверным. Но Эрстед высказал мысль, что (если употреблять современную терминологию) вокруг проводника с током существует магнитное поле, которое является вихревым. В этом суть открытия Эрстеда.

Работа быстро была разослана и через несколько дней оказалась в Женеве, где в это время находился Араго. Познакомившись с работой Эрстеда, он понял, что загадка, мучившая его, решена. И Араго, не выезжая из Женевы, повторяет опыты Эрстеда. «Господа, происходит переворот!» — под таким впечатлением вернулся Араго в Париж и 4 сентября 1820 г. на заседании Парижской академии наук сделал устное сообщение об опытах Эрстеда. Как и предполагал Араго, сообщение очень заинтересовало членов академии, и они попросили его уже на следующем заседании 11 сентября показать им опыты Эрстеда.

Араго, знакомясь с работой Эрстеда, очевидно, как и другие, понимал ее несколько поверхностный и поспешный характер. Как секретарь Академии Араго, вероятно, прикидывал, кто же из его коллег внесет в это дело свой вклад. Но он, видимо, не предполагал, что всего лишь через несколько дней после рождения электромагнетизма станет свидетелем появления нового раздела физики — электродинамики и что творцом ее станет Ампер.