WŁAŚCIWOŚCI MAGNESÓW TRWAŁYCH

CELE LEKCJI:

Uczeń potrafi:

- nazwać bieguny magnetyczne magnesu,

- opisać oddziaływania między magnesami,

- opisać oddziaływania magnesu z metalami,

- wnioskować o istnieniu pola magnetycznego,

• Magnetyt – Fe3O4 – ruda żelaza wykazująca właściwości magnetyczne, tzn. przyciąga żelazo.

• Wykryta w Azji Mniejszej koło Magnezji.

BADANIE WŁAŚCIWOŚCI MAGNESÓW

Magnesy zbliżane do siebie biegunami jednoimiennymi odpychają się, a różnoimiennymi się przyciągają.

BADANIE WŁAŚCIWOŚCI MAGNESÓW

Najsilniejsze oddziaływanie magnesu na przedmioty stalowe występuje przy jego biegunach, swoją środkową częścią

magnes nie przyciąga tych przedmiotów.

BADANIE WŁAŚCIWOŚCI MAGNESÓW

WNIOSKI:

• Drobne przedmioty stalowe i żelazne umieszczone w pobliżu magnesu są przyciągane przez ten magnes.

• Nie wszystkie metale umieszczone w pobliżu magnesu są przyciągane przez magnes (np. miedź, aluminium, złoto, srebro).

Końce magnesu nazywamy biegunami magnetycznymi.

a) biegun północny magnetyczny – koniec magnesu zwracający się w stronę bieguna północnego geograficznego (N),

b) biegun południowy magnetyczny – koniec magnesu zwracający się w stronę bieguna południowego geograficznego (S).

magnes sztabkowy magnes podkowiasty

Igła magnetyczna – mały magnes podparty w środku (ustawia się wzdłuż południka magnetycznego Ziemi.

POLE MAGNETYCZNE MAGNESÓW

Pole magnetyczne jest to przestrzeń otaczająca magnes trwały lub przewodnik, w którym płynie prąd.

Pole magnetyczne - stan przestrzeni, w której na poruszające się ładunki elektryczne, inne magnesy, a także na przedmioty wykonane stali i żelaza działają siły magnetyczne.

Pole magnetyczne można przedstawić graficznie za pomocą linii sił pola.

Zwrot linii pola wskazuje północny biegun igły magnetycznej umieszczonej w tym polu.

Linie sił pola magnesu sztabkowego

We wnętrzu Ziemi istnieje ciekłe jądro zewnętrzne, w którym występują prądy konwekcyjne. Prądy takie unoszą ze sobą olbrzymie ilości wolnych elektronów, które są równoważne z prądem elektrycznym, który z kolei skutkuje powstaniem otaczającego pola magnetycznego.

POLE MAGNETYCZNE ZIEMI

Pole magnetyczne w pobliżu Ziemi jest podobne do pola wytworzonego

przez magnes sztabkowy

Bieguny magnetyczne Ziemi Dipol magnetyczny umieszczony w środku Ziemi, nachylony względem

osi obrotu o kąt 11,5°. Na rysunku zaznaczone są bieguny geograficzne, magnetyczne i geomagnetyczne oraz równik

geograficzny, magnetyczny i geomagnetyczny

Jak wyjaśnić magnetyczne własności ciał?

Model atomu – elektrony krążące wokół jądra

• Elektron poruszający się po zamkniętej powłoce jest równoważny mikroskopijnej pętli z prądem, wytwarzającej własne pole magnetyczne

Jądro atomowe

Elektron

Własności magnetyczne atomu:

Wypadkowy moment magnetyczny atomu jest sumą wszystkich momentów magnetycznych elektronów (a także w bardzo niewielkim, zazwyczaj pomijanym stopniu również i protonów i neutronów). Z uwagi na dążenie w przyrodzie do minimalnego stanu energetycznego pojedyncze momenty magnetyczne elektronów mają tendencję do ustawiania się w przeciwnych kierunkach (zarówno momenty orbitalne jak i spinowe) czym powodują znoszenie udziału magnetycznego takich sparowanych elektronów. Dlatego też, dla atomu z całkowicie wypełnionymi powłokami i podpowłokami elektronowymi wewnętrzne magnetyczne momenty znoszą się całkowicie. Tylko atomy z częściowo wypełnionymi powłokami elektronowymi posiadają wypadkowy moment magnetyczny, którego wartość zależy głównie od ilości niesparowanych elektronów.

Podstawowe materiały magnetyczne

• Paramagnetyki• Ferromagnetyki• Diamagnetyki

Paramagnetyki• W zewnętrznym polu magnetycznym paramagnetyki ustawiają się wzdłuż linii sił pola magnetycznego [para w języku greckim oznacza wzdłuż]

N S

paramagnetyk

• W nieobecności zewnętrznego pola magnetycznego paramagnetyk nie jest namagnesowany

Paramagnetyki

• Do paramagnetyków należą m.in. tlen (O2), tlenek azotu(II) (NO), lit, sód, potas, magnez, wapń, glin, ebonit, hemoglobina krwi, roztwory wodne soli zawierających jony pierwiastków przejściowych, niektóre z tych soli w postaci krystalicznej, …

N S

• W zewnętrznym polu magnetycznym paramagnetyk magnesuje się zgodnie z tym polem

Diamagnetyki• Należą do nich: rtęć, miedź, złoto, cynk, woda, wodór, chlor, kwarc,

jednoatomowe gazy szlachetne, azot, rodzynki …

N S

diamagnetyk

• W zewnętrznym polu magnetycznym diamagnetyki ustawiają się prostopadle do linii sił pola magnetycznego.

Diamagnetyki

• Diamagnetyki samorzutnie nie wykazują właściwości magnetycznych - nie są przyciągane przez magnes.

N S

• Umieszczenie diamagnetyka w zewnętrznym polu magnetycznym powoduje powstanie w tym materiale pola magnetycznego skierowanego przeciwnie do zewnętrznego pola.

Ferromagnetyk

• Do ferromagnetyków należą m.in.: żelazo, kobalt, nikiel oraz niektóre stopy

• Nazwa ferromagnetyk pochodzi od łacińskiej nazwy żelaza „ferrum”

Domena magnetyczna - wymiary około 0,0001-0,01 m

Ferromagnetyk w niezerowym polu magnetycznym

N SB

Zastosowanie ferromagnetykówMiękkie -to np. stopy Fe i Si, Fe i Ni, Fe i Co,

-stosowane: w transformatorach, do generacji energii elektrycznej (generatory, alternatory i prądnice) oraz zamiany energii elektrycznej w mechaniczną (silniki elektryczne), do zapisu danych cyfrowych na dyskach lub

kartach magnetycznych.

Twarde – magnetyt, stal i inne stopy metali ferromagnetycznych, np. Alnico zawierające Fe, Co, Ni,

- stosowane do wytwarzania magnesów trwałych,

Półtwarde - wykorzystywane do wytwarzania pamięci magnetycznych, gdzie powierzchnia magnetyczna jest namagnesowana w kierunku dodatnich (logiczna jedynka) lub ujemnych (logiczne zero) wartości indukcji magnetycznej, systemów zabezpieczeń towarowych, czujników

PODSUMOWANIE• Każdy magnes ma dwa bieguny: północny (N) i południowy (S).

Nie można rozdzielić biegunów magnesu. Każdy podział daje magnesy dwubiegunowe.

• Bieguny jednoimienne magnesów odpychają się, a bieguny różnoimienne przyciągają się wzajemnie.

• Ruda magnetytu, magnes stały (namagnesowany stalowy przedmiot), kula ziemska wytwarzają wokół siebie pole magnetyczne, które możemy badać za pomocą igiełki magnetycznej lub opiłków żelaza.

• Pole magnetyczne przedstawiamy na rysunku w postaci tzw. linii pola magnetycznego. Linie przebiegają od bieguna północnego do bieguna południowego.

• Pole magnetyczne w pobliżu Ziemi jest podobne do pola wytworzonego przez magnes sztabkowy.