Xii научно-практическая конференция Старт в инновации

АВТОНОМНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ МУНИЦИПАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА ДОЛГОПРУДНОГО ЛИЦЕЙ №11 «ФИЗТЕХ» XII научно-практическая конференция Старт в инновации Левитация волчка в магнитном поле. Цель нашей работы – изучить принципы магнитной левитации. Наша задача выяснить, на какой высоте от постоянного магнита располагается магнитная яма и исследовать зависимость высоты этой ямы от массы волчка. провести аналогию между магнитной левитацией макрообъекта и классической диамагнитной левитацией, которая основана на одинаковых принципах и законах магнитного взаимодействия. План работы: Введение. Магнитные свойства веществ. Левитация в магнитном поле. Сверхпроводников При комнатной температуре Эксперимент с левитроном Выводы и применение Левитация в магнитном поле С древних времен человека интересовал вопрос, может ли он заставить окружающие его предметы парить над землей. Этот вопрос заинтересовал и нас. По преданию гроб пророка Мухаммеда держится, ничего не касаясь, в воздухе подземного мавзолея. Когда физики обнаружили левитацию сверхпроводника, то назвали этот эксперимент “Гроб Магомеда” Цель нашей работы – изучить принципы магнитной левитации. Наша задача – выяснить, на какой высоте от постоянного магнита располагается потенциальная яма. Причина, вследствие которой тела обладают магнитными свойствами, была найдена французским учёным Ампером. Наблюдая поведение магнитной стрелки вблизи проводника с током в опыте Эрстеда, Ампер предположил, что магнетизм Земли вызван токами, текущими внутри земного шара. То есть, магнитные свойства вещества можно объяснить токами, циркулирующими внутри него. Далее Ампер выдвинул более общее заключение- магнитные свойства любого тела определяются замкнутыми электрическими токами внутри него. Магнит — тело, обладающее собственным магнитным полем. Магниты используются в отображающих приборах с отклоняющейся стрелкой, например, амперметр. Простейшим и самым маленьким магнитом можно считать электрон. Свойства всех магнитов обусловлены наличием магнитного поля внутри них. У любого магнита есть два полюса: северный и южный. Всякий магнит является диполем. Существуют не только магнитные, но и электрические диполи, состоящие из двух одинаковых по величине, но разных по знаку электрических зарядов, смещенных друг относительно друга – что-то вроде гантельки. Если ее переломить, в одной руке у вас окажется положительный заряд, в другой - отрицательный. Ничего такого не произойдет, если переломить магнит. Разломив магнит, вы получите два полноценных магнита. Магниты широко используются в самых разных сферах деятельности человека. Их свойствами уже давно интересуется мир. Уже в древнем Египте, Греции и Китае существовали верования в магические свойства магнитов. Например, Клеопатра носила на руке магнитный браслет, считая, что он помогает ей сохранить молодость. Постоянный магнит — изделие, изготовленное из ферромагнетика, способного сохранять остаточную намагниченность после выключения внешнего магнитного поля. В качестве материалов для постоянных магнитов обычно служат железо, никель, кобальт, некоторые сплавы редкоземельных металлов, а также некоторые естественные минералы, такие как магнетиты. Постоянные магниты применяются в качестве автономных (не потребляющих энергии) источников магнитного поля.  Электромагнит — устройство, магнитное поле которого создаётся только при протекании электрического тока. Как правило, это катушка-соленоид, со вставленным внутрь ферромагнитным (обычно железным) сердечником с большой магнитной проницаемостью. Применение магнитов: Громкоговорители и микрофоны: большинство громкоговорителей используют постоянный магнит и токовую катушку для преобразования электрической энергии (сигнала) в механическую энергию (движение, которое создает звук). Обмотка намотана на катушку, прикрепляется к диффузору и по ней протекает переменный ток, который взаимодействует с полем постоянного магнита. Компасы: компас (или морской компас) является намагниченным указателем, который может свободно вращаться и ориентируется на направление магнитного поля, чаще всего магнитного поля Земли. Искусство: виниловые магнитные листы могут быть присоединены к живописи, фотографии и другим декоративным изделиям, что позволяет присоединять их к холодильникам и другим металлическим поверхностям. Игрушки: Учитывая их способность противостоять силе тяжести на близком расстоянии, магниты часто используются в детских игрушках с забавными эффектами. Магниты могут использоваться при обработке металлолома для отделения магнитных металлов (железа, стали и никеля) от немагнитных (алюминия, цветных сплавов и т. д.). Та же идея может быть использована в рамках так называемого «Магнитного испытания», в которой кузов автомобиля обследуется с магнитом для выявления областей, отремонтированных с использованием стекловолокна или пластиковой шпатлевки. Сейчас многие люди коллекционируют магнитики на холодильник. Согласно гипотезе Ампера, внутри молекул и атомов циркулируют элементарные электрические токи. Сейчас мы уже знаем, что эти токи представляют собой движение электронов по орбитам в атоме. Если плоскости, в которых циркулируют эти токи, расположены беспорядочно по отношению друг к другу вследствие теплового движения молекул, составляющих тело, то их взаимодействия взаимно компенсируются и никаких магнитных свойств тело не обнаруживает. И наоборот: если плоскости, в которых вращаются электроны, параллельны друг другу и направления нормалей к этим плоскостям совпадают, то такие вещества усиливают внешнее магнитное поле Существует такой вид магнита как ферромагнетик, который усиливают действие магнитного поля. (эксперимент со стрелками) И диамагнетики (эксперимент с грифелем) ослабляют действие магнитного поля. ЛЕВИТАЦИЯ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ. Диамагнетики — вещества, намагничивающиеся против направления внешнего  магнитного поля Диамагнетизм был открыт Майклом Фарадеем в 1846. Он оказался настолько слабым, что никто и не думал, что он может привести к какому–нибудь заметному эффекту. Поля, достаточно сильные для подъема диамагнитных веществ, стали доступными в середине 20 столетия. Вернер Браунбек заставил левитировать маленькие бусинки графита в вертикальном элекромагните. В 1945 году Аркадьев впервые наблюдал устойчивую левитацию сверхпроводника над магнитом, а также магнита над сверхпроводимой свинцовой чашей. По своим свойствам сверхпроводник – идеальный диамагнетик, так как внутрь него магнитное поле не проникает! Это явление выталкивание сверхпроводника из магнитного поля называют эффектом Мейссера. Вот тогда и возникла идея создания электропоездов на магнитной подушке. До 80-х годов для получения сверхпроводника требовался жидкий гелий (270 градусов ниже нуля) но такой поезд из области фантастики. Когда же в конце 20 века был открыты “высокотемпературные” сверхпроводники. Например жидкий азот (-200 градусов), то создание такого поезда стало реальностью. До “летающих” поездов еще далеко, но можно насладиться левитацией сверхпроводника Левитация (от лат. levitas «легкость, легковесность») — явление, при котором предмет без видимой опоры парит в пространстве (то есть левитирует) не притягиваясь к поверхности (земли, воды, пр.). Для левитации необходимо наличие силы, компенсирующей силу тяжести. Источниками таких сил могут быть струи газа, сильные звуковые колебания, лазерные лучи и др. Также научно была обнаружена и экспериментально доказана диамагнитная левитация  и возможность левитации за счет эффекта Мейснера. Эффект Мейснера (в некоторых источниках — эффект Мейсснера) — полное вытеснение магнитного поля из объёма проводника при переходе в сверхпроводящее состояние. Впервые явление наблюдалось в 1933 году немецкими физиками Мейснером и Оксенфельдом. Отсутствие магнитного поля в объёме проводника позволяет заключить из общих законов магнитного поля, что в нём существует только поверхностный ток. Он физически реален и поэтому занимает некоторый тонкий слой вблизи поверхности. Магнитное поле тока уничтожает внутри сверхпроводника внешнее магнитное поле. В этом отношении сверхпроводник ведёт себя формально как идеальный диамагнетик. Однако он не является диамагнетиком, так как внутри него намагниченность равна нулю. «Гроб Магомета» — опыт, демонстрирующий этот эффект в сверхпроводниках. По преданию, гроб с телом пророка Магомета висел в пространстве без всякой опоры, поэтому этот эксперимент называют «Гроб Магомета». Сверхпроводимость существует только при низких,при температуре ниже 200 градусов цельсия. Поэтому предварительно вещество охлаждают при помощи жидкого азота. (К работе приложено видео, демонстрирующее левитацию диамагнетика в магнитном поле.) Далее магнит кладут на поверхность плоского сверхпроводника. При увеличении поля вплоть до критического магнит поднимается всё выше. Одним из свойств сверхпроводников является выталкивание магнитного поля из области сверхпроводящей фазы. Отталкиваясь от неподвижного сверхпроводника, магнит «всплывает» сам и продолжает «парить» до тех пор, пока внешние условия не выведут сверхпроводник из сверхпроводящей фазы. В результате этого эффекта магнит, приближающийся к сверхпроводнику, «увидит» магнит одинаковой полярности и точно такого же размера, — что и вызовет левитацию. Эксперимент по левитации при комнатной температуре можно провести при помощи сильного магнита. В 1991 году Эрик Бюнон и Роберт Тюрнье подняли в магнитном поле воду и некоторые органические материалы. Им скоро последовали другие исследователи, у которых левитировали жидкий водород и жидкий гелий, а также икринки лягушки. В то же самое время Жан Киис Маан и Андрей Гейм в Университете Ниджмегена в сотрудничестве с Умберто Кармона и Петером Майном из Нотенгемского университета в Англии заставили левитировать практически все, что нашли вокруг, начиная с кусков сыра и пиццы, и кончая животными существами, в том числе лягушек и мышей. (к работе прилагается видео левитации лягушки в магнитном поле.) Явление левитации можно увидеть и с помощью устройства, которое называется левитрон. Левитрон — волчок, который вращаясь, способен «зависать» в воздухе над специальным магнитом, образующим магнитную подушку. будучи в раскрученном состоянии, магнитный волчок массой ~20 граммов способен зависнуть над специально расположенной системой постоянных магнитов в коробке (так как магниты постоянные, левитрон не требует источника электрического тока). Волчок представляет из себя обычный кольцевой магнит, с осью, перпендикулярно проходящей через центр симметрии. Магнит в коробке обычно тоже кольцо, но большего диаметра. Форма магнитного поля обусловлена сочетанием этих двух размеров. Над центром большого магнита на определённом расстоянии образуется потенциальная яма, то есть небольшая зона, магнитное поле в центре которой несколько слабее чем у краёв. Это не дает волчку отклониться от центра коробки. Размер этой зоны определяет вес, магнитное поле волчка, и место, где явление возможно. Вращение необходимо для того, чтобы волчок не перевернулся. Момент инерции вращающегося тела, в соответствии с законом сохранения момента импульса удерживает волчок в положении отталкивающим полюсом вниз. Волчок испытывает силу трения только о воздух, вследствие чего, он может парить довольно долго. Экспериментальная часть Наблюдение левитации волчка в магнитном поле. (слайд 1) - Масса первого волчка 21 грамм - Масса второго волчка 22 грамма Измерения высоты гравитационной ямы для первого и второго волчка. Измерение высоты гравитационной ямы при увеличении массы волчков. ВЫВОД: высота гравитационной ямы зависит от массы волчка Применение изученного явления. Принцип действия поезда на магнитной подушке Стоит заметить, полотно состоит не как у обычных двух колеечных полотен железной дороги, поезд основывается на одной сплошной монорельсе и сойти с рельсов не может. Разгоняется поезд как обычный, на колесах, но при достижении 130 км/ч, колеса у поезда постепенно втягиваются, как у авиалайнеров и под силой магнита происходит движение,  создается  ощущение — парения в воздухе. Секрет кроется в простом —  вдоль состава и направляющей монорельсе установлены электромагниты. Движение происходит по принципу электродвигателей. Единственный недостаток поездов на магнитной подушке- требуются большие денежные затраты на строительство ”летунов” и дорог. Но это не левитация диамагнетика. Применение нашего эксперимента науке пока неизвестно. У нас есть мысли, но печатать мы их не будем. Список литературы: Супер профессор “Секреты магнитной левитации” Майер “Левитация в поле электромагнита” “Учебник физики 10 класса” Пинский А. А.

Похожие:

	Xii научно-практическая конференция Старт в инновации Сборник нормативных документов. Биология. Сост. Г. М. Пальдяева. – 3-е изд. Стереотип. –М.: Дрофа, 2011. и образовательных программ...		Международная научно-практическая конференция «инновации и инвестиции» Филиал фгбоу впо «мгиу» в г. Вязьме приглашает всех заинтересованных лиц 18 ноября 2014 года принять участие в международной научно-практической...
	Сборник статей d Ставрополь, 2012 удк (082): 159. 9: 616-085:=>616-089:... Научно-практическая конференция с международным участием «Инновации молодых учёных», посвященная 75-летию гбоу впо «Ставропольская...		Xх І і международная научно-практическая конференция для студентов,... Хіі международная научно-практическая конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых
	Xх І і международная научно-практическая конференция для студентов,... Хіі международная научно-практическая конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых		Xх І і международная научно-практическая конференция для студентов,... Хіі международная научно-практическая конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых
	Городская научно-практическая конференция «Старт в науку» План – конспект открытого урока презентации для 4 класса по развитию речи учащихся		Конкурса Международная научно-практическая конференция молодых ученых «Теория и практика формирования коммуникативной культуры: традиции и...
	Секция «Научно-практическая конференция». Номинация «Мы здоровью скажем «Да» В 2012г. – традиционная научно-практическая конференция и конкурс видеороликов и мини-сочинений на тему «Если бы я был министром...		Xvi муниципальная научно практическая конференция «Научно-практическая конференция «поиск» Музыка, прежде всего современная, является неотъемлемой частью жизни подростков и молодежи. Именно они — основные потребители музыкальной...
	Международная Научно-практическая конференция «v Международная конференция... Международная конференция посвященная проблемам общественных наук: Международная Научно-практическая конференция, г. Москва, 23 февраля...		Международная Научно-практическая конференция «v Международная конференция... Международная конференция посвященная проблемам общественных наук: Международная Научно-практическая конференция, г. Москва, 23 февраля...
	Приложению Межпредметная научно-практическая конференция исследовательских... Районная научно-практическая конференция «Путь к успеху» будет проводиться в два этапа		Положение о гуманитарной конференции Окружная научно-практическая конференция по литературе Гуманитарная научно-практическая конференция «Духовно-нравственные истоки русской литературы» проходит в базовых школах юао города...
	Международная научно-практическая конференция общество, наука и инновации Цель конференции: поиск решений по актуальным проблемам современной науки и распространение научных теоретических и практических...		Научно-практическая конференция «проблемы развития предприятий и регионов» Международная заочная студенческая научно-практическая конференция: «Проблемы развития предприятий и регионов». Вязьма: филиал фгбоу...