2 skaidrė

Darbo etapai

Nustatyti tikslus ir uždavinius Praktinė dalis. Tyrimas ir stebėjimas. Išvada.

3 skaidrė

Tikslas: eksperimentiškai ištirti magnetinių reiškinių savybes. Tikslai: - Studijuoti literatūrą. - Atlikti eksperimentus ir stebėjimus.

4 skaidrė

Magnetizmas

Magnetizmas yra judančių elektros krūvių sąveikos forma, atliekama per atstumą per magnetinį lauką. Magnetinė sąveika vaidina svarbų vaidmenį Visatoje vykstančiuose procesuose. Štai du pavyzdžiai, patvirtinantys tai, kas buvo pasakyta. Yra žinoma, kad žvaigždės magnetinis laukas sukuria žvaigždės vėją, panašų į saulės vėją, kuris, sumažindamas žvaigždės masę ir inercijos momentą, keičia jos vystymosi eigą. Taip pat žinoma, kad Žemės magnetosfera saugo mus nuo pragaištingų kosminių spindulių poveikio. Jei jo nebūtų buvę, gyvų būtybių evoliucija mūsų planetoje, matyt, būtų pasukusi kitu keliu, o galbūt gyvybė Žemėje apskritai nebūtų atsiradusi.

5 skaidrė

6 skaidrė

Žemės magnetinis laukas

Pagrindinė Žemės magnetinio lauko priežastis yra ta, kad Žemės šerdį sudaro karšta geležis (geras Žemėje kylančių elektros srovių laidininkas). Grafiškai Žemės magnetinis laukas panašus į nuolatinio magneto magnetinį lauką. Žemės magnetinis laukas sudaro magnetosferą, besitęsiančią 70-80 tūkstančių km Saulės kryptimi. Jis apsaugo Žemės paviršių, apsaugo nuo žalingo įkrautų dalelių, didelių energijų ir kosminių spindulių poveikio, lemia oro pobūdį. Saulės magnetinis laukas yra 100 kartų didesnis nei Žemės.

7 skaidrė

Magnetinio lauko pasikeitimas

Nuolatinių pokyčių priežastis yra mineralų telkinių buvimas. Žemėje yra vietovių, kuriose jos pačios magnetinis laukas labai iškreipiamas dėl geležies rūdos atsiradimo. Pavyzdžiui, Kursko magnetinė anomalija, esanti Kursko srityje. Trumpalaikių Žemės magnetinio lauko pokyčių priežastis – „saulės vėjo“ veikimas, t.y. Saulės skleidžiamo įkrautų dalelių srauto veikimas. Šio srauto magnetinis laukas sąveikauja su Žemės magnetiniu lauku ir kyla „magnetinės audros“.

8 skaidrė

Žmogus ir magnetinės audros

Širdies ir kraujagyslių bei kraujotakos sistema, padidėja kraujospūdis, pablogėja vainikinių arterijų kraujotaka. Magnetinės audros sukelia paūmėjimus žmogaus, sergančio širdies ir kraujagyslių sistemos ligomis (miokardo infarktas, insultas, hipertenzinė krizė ir kt.), organizme. Kvėpavimo organai Bioritmai keičiasi veikiant magnetinėms audroms. Vienų ligonių būklė pablogėja prieš magnetines audras, kitų – po. Tokių pacientų prisitaikymas prie magnetinių audrų sąlygų yra labai mažas.

9 skaidrė

Praktinė dalis

Tikslas: surinkti duomenis apie greitosios medicinos pagalbos iškvietimų skaičių 2008 m. ir padaryti išvadą. Išsiaiškinti ryšį tarp vaikų sergamumo ir magnetinių audrų.

Sveikinimai, mieli skaitytojai. Gamta slepia daug paslapčių. Vienoms paslaptims žmogui pavyko rasti paaiškinimus, kitoms – ne. Magnetiniai reiškiniai gamtoje vyksta mūsų žemėje ir aplink mus, o kartais mes jų tiesiog nepastebime.

Vieną iš šių reiškinių galima pamatyti paėmus magnetą ir nukreipus jį į metalinę vinį ar kaištį. Pažiūrėkite, kaip jie traukia vienas kitą.

Daugelis iš mūsų dar prisimena eksperimentus su šiuo objektu, turinčiu magnetinį lauką, iš mokyklos fizikos kurso.

Tikiuosi, prisimenate, kas yra magnetiniai reiškiniai? Žinoma, tai yra galimybė pritraukti kitus metalinius daiktus, turinčius magnetinį lauką.

Apsvarstykite magnetinę geležies rūdą, iš kurios gaminami magnetai. Tikriausiai kiekvienas iš jūsų turi tokius magnetus ant šaldytuvo durų.

Galbūt jums būtų įdomu sužinoti, kokių dar yra magnetinių gamtos reiškinių? Iš mokyklos fizikos pamokų žinome, kad laukai gali būti magnetiniai ir elektromagnetiniai.

Tebūnie jums žinoma, kad magnetinė geležies rūda gyvojoje gamtoje buvo žinoma dar prieš mūsų erą. Tuo metu buvo sukurtas kompasas, kurį Kinijos imperatorius naudojo per daugybę savo kampanijų ir tiesiog pasivaikščiojimo jūra.

Žodis magnetas iš kinų kalbos išverstas kaip mylintis akmuo. Nuostabus vertimas, ar ne?

Kristupas Kolumbas, naudodamasis magnetiniu kompasu savo kelionėse, pastebėjo, kad geografinės koordinatės turi įtakos kompaso adatos nuokrypiui. Vėliau šis stebėjimo rezultatas paskatino mokslininkus padaryti išvadą, kad žemėje yra magnetinių laukų.

Magnetinio lauko įtaka gyvajai ir negyvajai gamtai

Unikali migruojančių paukščių galimybė tiksliai nustatyti savo buveines visada domino mokslininkus. Žemės magnetinis laukas padeda jiems neabejotinai gulėti. Ir nuo šio žemės lauko priklauso daugelio gyvūnų migracijos.

Taigi ne tik paukščiai, bet ir tokie gyvūnai kaip:

• Vėžliai
• Jūros vėžiagyviai
• Lašišos žuvys
• Salamandros
• ir daug kitų gyvūnų.

Mokslininkai nustatė, kad gyvų organizmų kūne yra specialūs receptoriai, taip pat magnetito dalelės, padedančios pajusti magnetinius ir elektromagnetinius laukus.

Tačiau kaip tiksliai bet kuris gamtoje gyvenantis gyvas padaras suranda tinkamą orientyrą, mokslininkai negali vienareikšmiškai atsakyti.

Magnetinės audros ir jų poveikis žmogui

Mes jau žinome apie mūsų Žemės magnetinius laukus. Jie saugo mus nuo įkrautų mikrodalelių, kurios mus pasiekia iš Saulės, poveikio. Magnetinė audra yra ne kas kita, kaip staigus mus saugančio žemės elektromagnetinio lauko pasikeitimas.

Ar nepastebėjote, kaip kartais staigiai skauda į galvos smilkinį ir iškart atsiranda stiprus galvos skausmas? Visi šie skausmingi simptomai, atsirandantys žmogaus kūne, rodo šio gamtos reiškinio buvimą.

Šis magnetinis reiškinys gali trukti nuo valandos iki 12 valandų arba gali būti trumpalaikis. Ir, kaip pastebėjo gydytojai, nuo to dažniau kenčia vyresni žmonės, sergantys širdies ir kraujagyslių ligomis.

Pastebėta, kad užsitęsusios magnetinės audros metu padaugėja širdies priepuolių. Yra nemažai mokslininkų, kurie stebi magnetinių audrų atsiradimą.

Taigi, mano brangūs skaitytojai, kartais verta sužinoti apie jų išvaizdą ir, jei įmanoma, pabandyti užkirsti kelią jų baisiems padariniams.

Magnetinės anomalijos Rusijoje

Visoje didžiulėje mūsų žemės teritorijoje yra įvairių magnetinių anomalijų. Sužinokime šiek tiek apie juos.

Garsus mokslininkas ir astronomas P.B.Inokhodcevas dar 1773 metais tyrinėjo visų centrinės Rusijos dalies miestų geografinę padėtį. Tada jis aptiko stiprią anomaliją Kursko ir Belgorodo apylinkėse, kur karštligiškai sukosi kompaso adata. Tik 1923 metais buvo išgręžtas pirmasis gręžinys, kuriame atskleidė metalo rūda.

Mokslininkai net ir šiandien negali paaiškinti didžiulių geležies rūdos sankaupų Kursko magnetinėje anomalijoje.

Iš geografijos vadovėlių žinome, kad visa geležies rūda kasama kalnuotose vietovėse. Kaip lygumoje susidarė geležies rūdos telkiniai, nežinoma.

Brazilijos magnetinė anomalija

Prie Brazilijos vandenyno pakrantės, daugiau nei 1000 kilometrų aukštyje, dauguma virš šios vietos skrendančių orlaivių instrumentų – lėktuvai ir net palydovai – sustabdo savo darbą.

Įsivaizduokite oranžinį apelsiną. Jo žievelė saugo minkštimą, o magnetinis žemės laukas su apsauginiu atmosferos sluoksniu saugo mūsų planetą nuo žalingo kosmoso poveikio. Ir braziliška anomalija yra tarsi įdubimas šioje žievėje.

Be to, šioje neįprastoje vietoje ne kartą buvo pastebėti paslaptingieji.

Dar yra daug mūsų krašto paslapčių ir paslapčių, kurias reikia atskleisti mokslininkams, mano draugams. Noriu palinkėti geros sveikatos ir kad nepalankūs magnetiniai reiškiniai jus aplenktų!

Tikiuosi, jums patiko mano trumpa magnetinių reiškinių gamtoje apžvalga. O gal jau esate juos stebėję ar pajutę jų poveikį sau. Rašykite apie tai savo komentaruose, man bus įdomu apie tai paskaityti. Ir viskas šiai dienai. Leisk man atsisveikinti su tavimi ir vėl pasimatysime.

Siūlau užsiprenumeruoti tinklaraščio atnaujinimus. Straipsnį galite vertinti ir pagal 10 sistemą, pažymėdami tam tikru žvaigždučių skaičiumi. Ateik pas mane ir atsivesk savo draugus, nes ši svetainė buvo sukurta specialiai tau. Esu tikras, kad čia tikrai rasite daug naudingos ir įdomios informacijos.

Audros ir tt Kaip jos kyla? Kuo jie pasižymi?

Magnetizmas

Magnetiniai reiškiniai ir savybės bendrai vadinami magnetizmu. Apie jų egzistavimą žinoma labai seniai. Spėjama, kad jau prieš keturis tūkstančius metų kinai naudojo šias žinias kurdami kompasą ir plaukdami jūra. Jie pradėjo eksperimentuoti ir rimtai tyrinėti fizikinį magnetinį reiškinį tik XIX a. Hansas Oerstedas laikomas vienu pirmųjų šios srities tyrinėtojų.

Magnetiniai reiškiniai gali atsirasti tiek Kosmose, tiek Žemėje ir pasireikšti tik magnetiniuose laukuose. Tokie laukai atsiranda dėl elektros krūvių. Kai krūviai stovi, aplink juos susidaro elektrinis laukas. Kai jie juda, atsiranda magnetinis laukas.

Tai yra, magnetinio lauko reiškinys atsiranda atsiradus elektros srovei arba kintamam elektriniam laukui. Tai erdvės sritis, kurioje jėga veikia magnetus ir magnetinius laidininkus. Ji turi savo kryptį ir mažėja tolstant nuo savo šaltinio – laidininko.

Magnetai

Kūnas, aplink kurį jis susidaro, vadinamas magnetu. Mažiausias iš jų yra elektronas. Magnetų trauka yra garsiausias fizinis magnetinis reiškinys: jei du magnetus pastatysite vienas šalia kito, jie arba pritrauks, arba atstums. Viskas priklauso nuo jų padėties vienas kito atžvilgiu. Kiekvienas magnetas turi du polius: šiaurės ir pietų.

Kaip stulpai atstumia, o skirtingai nei stulpai, atvirkščiai, traukia. Jei perpjausite į dvi dalis, šiaurės ir pietų ašigaliai neatsiskirs. Dėl to gausime du magnetus, kurių kiekvienas taip pat turės po du polius.

Šias savybes turi nemažai medžiagų: geležis, kobaltas, nikelis, plienas ir kt. Tarp jų yra skysčių, lydinių ir cheminių junginių. Jei laikysite magnetus šalia magneto, jie patys taps juo.

Tokios medžiagos kaip gryna geležis nesunkiai įgyja šią savybę, bet ir greitai su ja atsisveikina. Kiti (pavyzdžiui, plienas) įmagnetina ilgiau, bet išlaiko efektą ilgą laiką.

Įmagnetinimas

Aukščiau nustatėme, kad judant įkrautoms dalelėms atsiranda magnetinis laukas. Tačiau apie kokį judėjimą galime kalbėti, pavyzdžiui, ant šaldytuvo kabančio geležies gabalo? Visos medžiagos susideda iš atomų, kuriuose yra judančių dalelių.

Kiekvienas atomas turi savo magnetinį lauką. Tačiau kai kuriose medžiagose šie laukai yra chaotiškai nukreipti skirtingomis kryptimis. Dėl to aplink juos nesusidaro vienas didelis laukas. Tokios medžiagos negali įmagnetinti.

Kitose medžiagose (geležies, kobalto, nikelio, plieno) atomai gali išsirikiuoti taip, kad visi būtų nukreipti ta pačia kryptimi. Dėl to aplink juos susidaro bendras magnetinis laukas ir kūnas įmagnetinamas.

Pasirodo, kūno įmagnetinimas yra jo atomų laukų išdėstymas. Norėdami sulaužyti šią tvarką, tiesiog stipriai paspauskite, pavyzdžiui, plaktuku. Atomų laukai ims chaotiškai judėti ir praras magnetines savybes. Tas pats atsitiks, jei medžiaga bus šildoma.

Magnetinė indukcija

Magnetiniai reiškiniai yra susiję su judančiais krūviais. Taigi, magnetinis laukas tikrai atsiranda aplink laidininką, nešantį elektros srovę. Bet ar gali būti atvirkščiai? Anglų fizikas Michaelas Faradėjus kartą uždavė šį klausimą ir atrado magnetinės indukcijos reiškinį.

Jis padarė išvadą, kad nuolatinis laukas negali sukelti elektros srovės, bet kintamasis laukas gali. Srovė kyla uždaroje magnetinio lauko kilpoje ir vadinama indukcija. Elektrovaros jėga keisis proporcingai grandinėje prasiskverbiančio lauko greičio pokyčiui.

Faradėjaus atradimas buvo tikras proveržis ir atnešė nemažos naudos elektros įrangos gamintojams. Jo dėka tapo įmanoma generuoti srovę iš mechaninės energijos. Mokslininko išvestas dėsnis buvo ir yra taikomas projektuojant elektros variklius, įvairius generatorius, transformatorius ir kt.

Žemės magnetinis laukas

Jupiteris, Neptūnas, Saturnas ir Uranas turi magnetinį lauką. Mūsų planeta nėra išimtis. Įprastame gyvenime mes to beveik nepastebime. Jis yra neapčiuopiamas, neturi skonio ir kvapo. Tačiau magnetiniai reiškiniai gamtoje yra susiję su juo. Tokie kaip aurora, magnetinės audros ar magnetorecepcija gyvūnams.

Iš esmės Žemė yra didžiulis, bet ne itin stiprus magnetas, turintis du polius, kurie nesutampa su geografiniais. Magnetinės linijos palieka planetos Pietų ašigalį ir patenka į Šiaurės ašigalį. Tai reiškia, kad iš tikrųjų Pietų Žemės ašigalis yra šiaurinis magneto ašigalis (todėl Vakaruose mėlyna yra pietų ašigalis - S, o raudona yra šiaurės ašigalis - N).

Magnetinis laukas tęsiasi šimtus kilometrų nuo planetos paviršiaus. Jis tarnauja kaip nematomas kupolas, atspindintis galingą galaktikos ir saulės spinduliuotę. Radiacijos dalelėms susidūrus su Žemės apvalkalu, susidaro daug magnetinių reiškinių. Pažvelkime į garsiausius iš jų.

Magnetinės audros

Saulė daro didelę įtaką mūsų planetai. Tai ne tik suteikia mums šilumos ir šviesos, bet ir provokuoja tokius nemalonius magnetinius reiškinius kaip audros. Jų atsiradimas yra susijęs su saulės aktyvumo padidėjimu ir procesais, vykstančiais šios žvaigždės viduje.

Žemę nuolat veikia jonizuotų dalelių srautas iš Saulės. Jie juda 300-1200 km/s greičiu ir apibūdinami kaip saulės vėjas. Tačiau kartas nuo karto ant žvaigždės atsiranda didžiulis šių dalelių kiekis. Jie veikia žemės apvalkalą kaip smūgiai ir sukelia magnetinio lauko virpesius.

Tokios audros paprastai trunka iki trijų dienų. Šiuo metu kai kurie mūsų planetos gyventojai jaučiasi prastai. Membranos svyravimai mus paveikia galvos skausmais, padidėjusiu kraujospūdžiu ir silpnumu. Per gyvenimą žmogus vidutiniškai patiria 2000 audrų.

Šiaurės pašvaistė

Gamtoje yra ir malonesnių magnetinių reiškinių – šiaurės pašvaistė ar pašvaistė. Jis atrodo kaip švytėjimas danguje su greitai besikeičiančiomis spalvomis ir dažniausiai būna didelėse platumose (67–70°). Esant stipriam saulės aktyvumui, švytėjimas taip pat pastebimas mažesnis.

Maždaug 64 kilometrus virš ašigalių įkrautos saulės dalelės susiduria su magnetinio lauko tolimiausiu plotu. Čia dalis jų nukreipta į Žemės magnetinius polius, kur sąveikauja su atmosferos dujomis, todėl ir atsiranda švytėjimas.

Švytėjimo spektras priklauso nuo oro sudėties ir jo retėjimo. Raudonas švytėjimas atsiranda 150–400 kilometrų aukštyje. Mėlyni ir žali atspalviai yra susiję su dideliu deguonies ir azoto kiekiu. Jie atsiranda 100 kilometrų aukštyje.

Magnetorecepcija

Pagrindinis mokslas, tiriantis magnetinius reiškinius, yra fizika. Tačiau kai kurie iš jų taip pat gali būti susiję su biologija. Pavyzdžiui, gyvų organizmų magnetinis jautrumas yra gebėjimas atpažinti Žemės magnetinį lauką.

Daugelis gyvūnų, ypač migruojančių rūšių, turi šią unikalią dovaną. Magnetorecepcijos gebėjimas buvo nustatytas šikšnosparniams, balandžiams, vėžliams, katėms, elniams, kai kurioms bakterijoms ir kt. Tai padeda gyvūnams naršyti erdvėje ir rasti savo namus, tolstant nuo jo dešimtis kilometrų.

Jei orientacijai žmogus naudoja kompasą, tai gyvūnai naudoja visiškai natūralius įrankius. Mokslininkai dar negali tiksliai nustatyti, kaip ir kodėl veikia magnetorecepcija. Tačiau žinoma, kad balandžiai sugeba rasti savo namus net ir nunešti nuo jų šimtus kilometrų, uždarydami paukštį visiškai tamsioje dėžėje. Vėžliai savo gimtinę randa net po metų.

Dėl savo „supergalių“ gyvūnai numato ugnikalnių išsiveržimus, žemės drebėjimus, audras ir kitas nelaimes. Jie subtiliai jaučia magnetinio lauko svyravimus, o tai padidina jų gebėjimą apsisaugoti.

Fiziniai kūnai yra fizinių reiškinių „aktoriai“. Susipažinkime su kai kuriais iš jų.

Mechaniniai reiškiniai

Mechaniniai reiškiniai – tai kūnų judėjimas (1.3 pav.) ir jų veikimas vienas kitam, pavyzdžiui, atstūmimas ar traukimas. Kūnų veikimas vienas kitam vadinamas sąveika.

Su mechaniniais reiškiniais plačiau susipažinsime šiais mokslo metais.

Ryžiai. 1.3. Mechaninių reiškinių pavyzdžiai: kūnų judėjimas ir sąveika sporto varžybų metu (a, b. c); Žemės judėjimas aplink Saulę ir jos sukimasis aplink savo ašį (g)

Garso reiškiniai

Garso reiškiniai, kaip rodo pavadinimas, yra reiškiniai, susiję su garsu. Tai apima, pavyzdžiui, garso sklidimą ore ar vandenyje, taip pat garso atspindėjimą nuo įvairių kliūčių – tarkime, kalnų ar pastatų. Kai garsas atsispindi, atsiranda pažįstamas aidas.

Šiluminiai reiškiniai

Šiluminiai reiškiniai – tai kūnų įkaitimas ir atšalimas, taip pat, pavyzdžiui, garavimas (skysčio pavertimas garais) ir tirpimas (kietos medžiagos pavertimas skysčiu).

Šiluminiai reiškiniai itin plačiai paplitę: pavyzdžiui, jie lemia vandens ciklą gamtoje (1.4 pav.).

Ryžiai. 1.4. Vandens ciklas gamtoje

Vandenynų ir jūrų vanduo, šildomas saulės spindulių, išgaruoja. Garams kylant, jie atvėsta, virsdami vandens lašeliais arba ledo kristalais. Jie sudaro debesis, iš kurių vanduo grįžta į Žemę lietaus ar sniego pavidalu.

Tikra šiluminių reiškinių „laboratorija“ yra virtuvė: ar ant viryklės verdama sriuba, ar virdulyje verda vanduo, ar šaldytuve užšąla maistas – visa tai šiluminių reiškinių pavyzdžiai.

Automobilio variklio darbą lemia ir šiluminiai reiškiniai: degant benzinui susidaro labai karštos dujos, kurios stumia stūmoklį (variklio dalį). O stūmoklio judėjimas per specialius mechanizmus perduodamas į automobilio ratus.

Elektriniai ir magnetiniai reiškiniai

Ryškiausias (tiesiogine to žodžio prasme) elektrinio reiškinio pavyzdys yra žaibas (1.5 pav., a). Elektros apšvietimas ir elektrinis transportas (1.5 pav., b) tapo įmanomi dėl elektros reiškinių panaudojimo. Magnetinių reiškinių pavyzdžiai yra geležies ir plieno objektų pritraukimas nuolatiniais magnetais, taip pat nuolatinių magnetų sąveika.

Ryžiai. 1.5. Elektriniai ir magnetiniai reiškiniai ir jų panaudojimas

Kompaso adata (1.5 pav., c) sukasi taip, kad jos „šiaurinis“ galas nukreiptas į šiaurę būtent todėl, kad adata yra mažas nuolatinis magnetas, o Žemė – didžiulis magnetas. Šiaurės pašvaistė (1.5 pav., d) atsiranda dėl to, kad iš kosmoso skrendančios elektrą įkrautos dalelės su Žeme sąveikauja kaip su magnetu. Elektriniai ir magnetiniai reiškiniai lemia televizorių ir kompiuterių veikimą (1.5 pav., e, f).

Optiniai reiškiniai

Kur bežiūrėsime, visur matysime optinius reiškinius (1.6 pav.). Tai reiškiniai, susiję su šviesa.

Optinio reiškinio pavyzdys yra įvairių objektų šviesos atspindys. Objektų atspindėti šviesos spinduliai patenka į mūsų akis, kurių dėka mes matome šiuos objektus.

Ryžiai. 1.6. Optinių reiškinių pavyzdžiai: Saulė skleidžia šviesą (a); Mėnulis atspindi saulės šviesą (b); Veidrodžiai c) ypač gerai atspindi šviesą; vienas gražiausių optinių reiškinių – vaivorykštė (d)

Šioje pamokoje, kurios tema yra „Elektromagnetinis laukas“, aptarsime „elektromagnetinio lauko“ sąvoką, jo pasireiškimo ypatybes ir šio lauko parametrus.

Mes kalbame mobiliuoju telefonu. Kaip perduodamas signalas? Kaip signalas perduodamas iš kosminės stoties, skrendančios į Marsą? Tuštumoje? Taip, substancijos gali nebūti, bet tai nėra tuštuma, yra kažkas kita, per kurią perduodamas signalas. Tai buvo vadinama elektromagnetiniu lauku. Tai ne tiesiogiai stebimas, o tikrai egzistuojantis gamtos objektas.

Jei garso signalas yra medžiagos, pavyzdžiui, oro, parametrų pasikeitimas (1 pav.), tai radijo signalas yra EM lauko parametrų pasikeitimas.

Ryžiai. 1. Garso bangų sklidimas ore

Žodžiai „elektrinis“ ir „magnetinis“ mums aiškūs, jau tyrėme atskirai elektros reiškinius (2 pav.) ir magnetinius reiškinius (3 pav.), bet kodėl tada kalbame apie elektromagnetinį lauką? Šiandien mes tai išsiaiškinsime.

Ryžiai. 2. Elektrinis laukas

Ryžiai. 3. Magnetinis laukas

Elektromagnetinių reiškinių pavyzdžiai.

Mikrobangų krosnelė sukuria stiprius, o svarbiausia, labai greitai besikeičiančius elektromagnetinius laukus, kurie veikia elektros krūvį. O kaip žinome, atomai ir medžiagų molekulės turi elektros krūvį (4 pav.). Čia jį veikia elektromagnetinis laukas, priversdamas molekules judėti greičiau (5 pav.) – pakyla temperatūra ir maistas įkaista. Rentgeno spinduliai, ultravioletiniai spinduliai ir matoma šviesa turi tą patį pobūdį.

Ryžiai. 4. Vandens molekulė yra dipolis

Ryžiai. 5. Elektrinį krūvį turinčių molekulių judėjimas

Mikrobangų krosnelėje elektromagnetinis laukas perduoda energiją medžiagai, kuri naudojama šildymui, matoma šviesa – akies receptoriams, kuri panaudojama receptoriui aktyvuoti (6 pav.), ultravioletinių spindulių energija panaudojama kaitinimui. formuoti odoje melaniną (įdegio išvaizda, 7 pav.), ir Dėl rentgeno spindulių energijos plėvelė pajuoduoja, ant kurios matosi savo skeleto vaizdas (8 pav.). Visais šiais atvejais elektromagnetinis laukas turi skirtingus parametrus, todėl turi skirtingą poveikį.

Ryžiai. 6. Sąlyginė akies receptorių aktyvavimo matomos šviesos energija diagrama

Ryžiai. 7. Odos įdegis

Ryžiai. 8. Plėvelės patamsėjimas rentgeno metu

Taigi su elektromagnetiniu lauku susiduriame daug dažniau, nei atrodo, ir jau seniai esame pripratę prie su juo susijusių reiškinių.

Taigi, mes žinome, kad elektrinis laukas susidaro aplink elektros krūvius (9 pav.). Čia viskas aišku.

Ryžiai. 9. Elektrinis laukas aplink elektros krūvį

Jeigu juda elektros krūvis, tai, kaip tyrėme, aplink jį atsiranda magnetinis laukas (10 pav.). Čia jau kyla klausimas: juda elektros krūvis, aplink jį elektrinis laukas, ką su juo turi magnetinis laukas? Dar vienas klausimas: sakome „įkrovimas juda“. Tačiau judėjimas yra santykinis, ir jis gali judėti vienoje atskaitos sistemoje, o būti ramybėje kitoje (11 pav.). Ar tai reiškia, kad magnetinis laukas egzistuos vienoje atskaitos sistemoje, bet ne kitoje? Tačiau laukas neturėtų egzistuoti arba nebūti, atsižvelgiant į pasirinktą atskaitos rėmelį.

Ryžiai. 10. Magnetinis laukas aplink judantį elektros krūvį

Ryžiai. 11. Krūvio judėjimo reliatyvumas

Faktas yra tas, kad yra vienas elektromagnetinis laukas, ir jis turi vieną šaltinį - elektros krūvį. Jį sudaro du komponentai. Elektrinis ir magnetinis laukai yra atskiros apraiškos, atskiri vieno elektromagnetinio lauko komponentai, kurie skirtingose ​​atskaitos sistemose pasireiškia skirtingai (12 pav.).

Ryžiai. 12. Elektromagnetinio lauko apraiškos

Galite pasirinkti atskaitos rėmelį, kuriame bus rodomas tik elektrinis laukas arba tik magnetinis laukas, arba abu iš karto. Tačiau neįmanoma pasirinkti atskaitos sistemos, kurioje tiek elektrinis, tiek magnetinis komponentas būtų lygus nuliui, tai yra, kurioje elektromagnetinis laukas nustos egzistuoti.

Priklausomai nuo atskaitos sistemos, matome arba vieną lauko komponentą, arba kitą, arba abu. Tai tarsi kūno judėjimas ratu: pažvelgus į tokį kūną iš viršaus, matysime judėjimą išilgai apskritimo (13 pav.), jei iš šono – svyravimus išilgai atkarpos (14 pav.). ). Kiekvienoje projekcijoje į koordinačių ašį sukamasis judėjimas yra svyravimai.

Ryžiai. 13. Kūno judėjimas ratu

Ryžiai. 14. Kūno svyravimai išilgai atkarpos

Ryžiai. 15. Sukamųjų judesių projekcija į koordinačių ašį

Kita analogija yra piramidės projekcija į plokštumą. Jis gali būti projektuojamas į trikampį arba kvadratą. Plokštumoje tai visiškai skirtingos figūros, bet visa tai yra piramidė, į kurią žiūrima iš skirtingų pusių. Tačiau nėra kampo, nuo kurio piramidė visiškai išnyks. Jis tiesiog atrodys kaip kvadratas ar trikampis (16 pav.).

Ryžiai. 16. Piramidės projekcijos į plokštumą

Apsvarstykite laidininką, nešantį srovę. Jame neigiami krūviai kompensuojami teigiamais, aplink jį esantis elektrinis laukas lygus nuliui (17 pav.). Magnetinis laukas nėra lygus nuliui (18 pav.), nagrinėjome magnetinio lauko atsiradimą aplink laidininką su srove. Pasirinkime atskaitos sistemą, kurioje elektros srovę formuojantys elektronai bus stacionarūs. Bet šiame atskaitos rėme teigiamai įkrauti laidininko jonai judės priešinga kryptimi elektronų atžvilgiu: vis tiek atsiranda magnetinis laukas (18 pav.).

Ryžiai. 17. Srovės laidininkas, kurio elektrinis laukas lygus nuliui

Ryžiai. 18. Magnetinis laukas aplink srovę nešantį laidininką

Jeigu elektronai būtų vakuume, šiame atskaitos rėme aplink juos susidarytų elektrinis laukas, nes jų nekompensuoja teigiami krūviai, bet nebūtų ir magnetinio lauko (19 pav.).

Ryžiai. 19. Elektrinis laukas aplink elektronus vakuume

Pažvelkime į kitą pavyzdį. Paimkime nuolatinį magnetą. Aplink jį yra magnetinis laukas, bet nėra elektrinio. Išties protonų ir elektronų elektrinis laukas yra kompensuojamas (20 pav.).

Ryžiai. 20. Magnetinis laukas aplink nuolatinį magnetą

Paimkime atskaitos rėmelį, kuriame juda magnetas. Aplink judantį nuolatinį magnetą atsiras sūkurinis elektrinis laukas (21 pav.). Kaip tai atpažinti? Įdėkime metalinį žiedą (šiame atskaitos rėmelyje nejudantį) magneto kelyje. Jame kils srovė – tai gerai žinomas elektromagnetinės indukcijos reiškinys: pasikeitus magnetiniam srautui, atsiranda elektrinis laukas, dėl kurio juda krūviai, atsiranda srovė (22 pav.). Viename atskaitos rėmelyje elektrinio lauko nėra, bet kitame jis atsiranda.

Ryžiai. 21. Sūkurinis elektrinis laukas aplink judantį nuolatinį magnetą

Ryžiai. 22. Elektromagnetinės indukcijos reiškinys

Nuolatinio magneto magnetinis laukas

Bet kurioje medžiagoje apie branduolį besisukančius elektronus galima įsivaizduoti kaip mažą elektros srovę, tekančią ratu (23 pav.). Tai reiškia, kad aplink jį susidaro magnetinis laukas. Jei medžiaga nėra magnetinė, tai reiškia, kad elektronų sukimosi plokštumos yra nukreiptos savavališkai, o atskirų elektronų magnetiniai laukai kompensuoja vienas kitą, nes jie nukreipti chaotiškai.

Ryžiai. 23. Elektronų sukimosi aplink branduolį vaizdavimas

Magnetinėse medžiagose elektronų sukimosi plokštumos orientuotos maždaug vienodai (24 pav.). Todėl visų elektronų magnetiniai laukai sumuojasi ir gaunamas nenulinis magnetinis laukas viso magneto mastu.

Ryžiai. 24. Elektronų sukimasis magnetinėse medžiagose

Aplink nuolatinį magnetą yra magnetinis laukas, tiksliau – elektromagnetinio lauko magnetinis komponentas (25 pav.). Ar galime rasti atskaitos sistemą, kurioje magnetinis komponentas tampa lygus nuliui, o magnetas praranda savo savybes? Vistiek ne. Iš tiesų elektronai sukasi toje pačioje plokštumoje (žr. 24 pav.), bet kuriuo laiko momentu elektronų greičiai nėra nukreipti ta pačia kryptimi (26 pav.). Taigi neįmanoma rasti atskaitos sistemos, kurioje jie visi sustingtų ir išnyktų magnetinis laukas.

Ryžiai. 25. Magnetinis laukas aplink nuolatinį magnetą

Taigi elektrinis ir magnetinis laukai yra skirtingos vieno elektromagnetinio lauko apraiškos. Negalima sakyti, kad tam tikrame erdvės taške yra tik magnetinis ar tik elektrinis laukas. Gali būti ir vienas, ir kitas. Viskas priklauso nuo atskaitos sistemos, iš kurios žiūrime į šį tašką.

Kodėl anksčiau atskirai kalbėjome apie elektrinius ir magnetinius laukus? Pirma, tai atsitiko istoriškai: žmonės nuo seno žinojo apie magnetus, žmonės nuo seno stebėjo, kaip kailis įsielektrina ant gintaro, ir niekas nesuprato, kad šie reiškiniai yra tos pačios prigimties. Ir, antra, tai patogus modelis. Tais atvejais, kai mūsų nedomina elektrinių ir magnetinių komponentų ryšys, patogu juos nagrinėti atskirai. Du ramybės būsenos krūviai tam tikrame atskaitos rėme sąveikauja per elektrinį lauką – jiems taikome Kulono dėsnį, mums neįdomu, kad tie patys elektronai gali judėti kokiame nors atskaitos rėme ir sukurti magnetinį lauką, ir mes sėkmingai išsprendžiame problema (27 pav.).

Ryžiai. 27. Kulono dėsnis

Magnetinio lauko poveikis judančiam krūviui nagrinėjamas kitame modelyje, o savo pritaikomumo ribose puikiai veikia ir sprendžiant nemažai problemų (28 pav.).

Ryžiai. 28. Kairiosios rankos taisyklė

Pabandykime suprasti, kaip elektromagnetinio lauko komponentai yra tarpusavyje susiję.

Verta paminėti, kad tikslūs santykiai yra gana sudėtingi. Jį sukūrė britų fizikas Jamesas Maxwellas. Jis išvedė garsiąsias 4 Maksvelo lygtis (29 pav.), kurios studijuojamos universitetuose ir reikalauja aukštosios matematikos žinių. Žinoma, mes jų nenagrinėsime, bet keliais paprastais žodžiais suprasime, ką jie reiškia.

Ryžiai. 29. Maksvelo lygtys

Maksvelas rėmėsi kito fiziko – Faradėjaus darbu (30 pav.), kuris tiesiog kokybiškai aprašė visus reiškinius. Jis padarė piešinius (31 pav.) ir užrašus, kurie labai padėjo Maksvelui.

Ryžiai. 31. Michaelo Faradėjaus piešiniai iš knygos „Elektra“ (1852)

Faradėjus atrado elektromagnetinės indukcijos reiškinį (32 pav.). Prisiminkime, kas tai yra. Kintamasis magnetinis laukas generuoja indukuotą emf laidininke. Kitaip tariant, kintamasis magnetinis laukas (taip, šiuo atveju, ne elektros krūvis) sukuria elektrinį lauką. Šis elektrinis laukas yra sūkurinis, tai yra jo linijos uždaros (33 pav.).

Ryžiai. 32. Michaelo Faradėjaus piešiniai eksperimentui

Ryžiai. 33. Indukuoto emf atsiradimas laidininke

Be to, žinome, kad magnetinį lauką sukuria judantis elektros krūvis. Teisingiau būtų sakyti, kad jį sukuria kintamasis elektrinis laukas. Krūviui judant, kiekviename taške kinta elektrinis laukas ir šis pokytis sukuria magnetinį lauką (34 pav.).

Ryžiai. 34. Magnetinio lauko atsiradimas

Galite pastebėti magnetinio lauko atsiradimą tarp kondensatoriaus plokščių. Kai jis įkrauna arba išsikrauna, tarp plokščių susidaro kintamasis elektrinis laukas, kuris savo ruožtu sukuria magnetinį lauką. Šiuo atveju magnetinio lauko linijos gulės elektrinio lauko linijoms statmenoje plokštumoje (35 pav.).

Ryžiai. 35. Magnetinio lauko atsiradimas tarp kondensatoriaus plokščių

Dabar pažvelkime į Maksvelo lygtis (29 pav.), trumpas jų paaiškinimas pateikiamas žemiau.

Divergencijos piktograma yra matematinis operatorius; ji pabrėžia tą lauko komponentą, kuris turi šaltinį, tai yra, lauko linijos prasideda ir baigiasi kažkuo. Pažvelkite į antrąją lygtį: šis magnetinio lauko komponentas yra lygus nuliui: magnetinio lauko linijos niekuo neprasideda ir nesibaigia, nėra magnetinio krūvio. Pažvelkite į pirmąją lygtį: šis elektrinio lauko komponentas yra proporcingas krūvio tankiui. Elektrinis laukas susidaro dėl elektros krūvio.

Įdomiausios yra šios dvi lygtys. Rotoriaus piktograma yra matematinis operatorius, paryškinantis lauko sūkurio komponentą. Trečioji lygtis reiškia, kad sūkurinį elektrinį lauką sukuria laike kintantis magnetinis laukas (tai išvestinė, kuri, kaip žinote iš matematikos, reiškia magnetinio lauko kitimo greitį). Tai yra, mes kalbame apie elektromagnetinę indukciją.

Ketvirtoji lygtis rodo, jei nekreipiate dėmesio į proporcingumo koeficientus: sūkurinį magnetinį lauką sukuria kintantis elektrinis laukas, taip pat elektros srovė ( - srovės tankis). Kalbame apie tai, ką gerai žinome: magnetinį lauką sukuria judantis elektros krūvis ir.

Kaip matote, kintamasis magnetinis laukas gali generuoti kintamąjį elektrinį lauką, o kintamasis savo ruožtu – kintamąjį magnetinį lauką ir pan. (36 pav.).

Ryžiai. 36. Kintamasis magnetinis laukas gali generuoti kintamąjį elektrinį lauką ir atvirkščiai

Dėl to erdvėje gali susidaryti elektromagnetinė banga (37 pav.). Šios bangos turi skirtingus pasireiškimus – tai radijo bangos, matoma šviesa, ultravioletiniai spinduliai ir pan. Apie tai kalbėsime kitose pamokose.

Ryžiai. 37. Elektromagnetinė banga

Bibliografija

1. Kasjanovas V.A. Fizika. 11 klasė: Edukacinis. bendrajam lavinimui institucijose. - M.: Bustard, 2005 m.
2. Myakishev G.Ya. Fizika: vadovėlis. 11 klasei bendrojo išsilavinimo institucijose. - M.: Švietimas, 2010 m.

1. Interneto portalas "studopedia.su" ()
2. Interneto portalas „worldofschool.ru“ ()

Namų darbai

1. Ar galima aptikti magnetinį lauką atskaitos rėmelyje, susietą su vienu iš vienodai judančių elektronų sraute, kuris sukuriamas televizoriaus vaizdo vamzdyje?
2. Koks laukas atsiranda aplink elektroną, judantį tam tikroje atskaitos sistemoje pastoviu greičiu?
3. Kokį lauką galima aptikti aplink nejudantį gintarą, įkrautą statine elektra? Aplink judantį? Pagrįskite savo atsakymus.