עם מצפן דרך שדות מגנטיים. ציור, תיאור

מעבדה מדעית לילדים
ספרייה חינם / מדריך / מעבדת מדע לילדים

עם מצפן דרך שדות מגנטיים. מעבדה מדעית לילדים

מעבדת מדע לילדים

עכשיו כמעט ולא נשארו אנשים שילחצו את ידך בהכרת תודה על שסיפרו לך שכדור הארץ עגול, ואמרו: "תודה לך, חבר, אני תמיד אשמע ממך משהו חדש."

אבל למה היא מסתובבת? השאלה הזו מביכה לא רק את תלמידי בית הספר. גם אבותיהם המלומדים הופכים מתחשבים כאשר הסיבוב הנצחי נותן להם את ה"למה" הזה. "כנראה מגנטיות", הם אומרים.

אז למה? אבל... ראשית לגבי מגנטיות באופן כללי.

שדה אלקטרומגנטי ממסמר ופצירה

אתה יכול להשתמש בקובץ או אפילו מסמר פשוט. להשיג שדות מגנטיים הנראים בבירור. זה מספיק כדי לעטוף אותם עם חוט מבודד ולהפעיל זרם דרכו. הזרם החשמלי, העובר דרך הסיבובים, יצור שדה, והליבה תחזק אותו בחדות. הליבה עצמה של סולנואיד פשוט כזה, בין אם זה מסמר או פצירה, תהפוך למגנט. אך יחד עם זאת, לליבת מגנט העשויה ממסמר יהיה הבדל מהותי ממגנט העשוי מקובץ. מה לדעתך עושה את ההבדל הזה?

על כך נדון להלן. אבל אם אתה רוצה למצוא את ההבדל בעצמך, אז בצע את הניסויים הבאים.

מלפפים חוט מבודד בעובי 0,1-0,4 מ"מ סביב מסמר רגיל. חבר קצה אחד של הפיתול לסוללת הפנס (איור 1). מניחים ציפורנים קטנות על השולחן. הנח את ראש הציפורן כנגד החתיכים הקטנים, ולאחר מכן חבר את הקצה השני של הפיתול לסוללה. ציפורניים קטנות יידבקו מיד לראש ציפורן הליבה. בכיבוי, הסוללות של הציפורן ייפלו מיד.

עם מצפן דרך שדות מגנטיים
איור. מספר

עכשיו בואו נעשה מגנט מלאכותי מקובץ. בעזרת גלגל אמרי טוחנים את החריץ ממישורי הקובץ וחותכים ממנו את הרצועה הנדרשת. לאחר מכן יש לשפשף את הרצועה מהמרכז אל הקצוות - עם קטבים מנוגדים של המגנטים. ניתן למגנט רצועת פלדה קשיחה באופן מלאכותי בדרך אחרת - באמצעות זרם חשמלי ישיר. סובב חוט מבודד היטב על לוח פלדה, ולאחר מכן הפעל את הפיתול דרך הריאוסטט למשך מספר שניות.

כעת ההבדל בין ציפורן ממוגנטת לקובץ יתברר. במקרה הראשון, לליבה יש תכונות מגנטיות רק במהלך מעבר הזרם (דרך הסיבובים); במקרה השני, מתקבל מגנט קבוע. לקובץ, בניגוד לציפורן, תהיה שארית מגנטיות.

הסיבה נעוצה בקשיות הגבוהה של חומר הקובץ. בצלחת פלדה מוצקה, האטומים ממנה היא מורכבת מכוונים בצורה מאוד "חזקה". לכן, הם שומרים על התכונות המגנטיות שלהם טוב יותר.

על ידי חיתוך מגנט לשניים, נקבל שני מגנטים זהים עם קטבים שונים. על ידי חזרה על פעולה זו, אנו מקבלים שוב מגנטים עם קטבים שונים. אם היינו חותכים מגנט לחלקיקים מיקרוסקופיים, לכל אחד מהחלקיקים האלה עדיין יהיו שני קטבים: צפון (חיובי) ודרום (שלילי).

עובדה זו מובילה למסקנה שהקטבים של מגנט אינם קיימים בנפרד, בדיוק כפי שקיימים חלקיקים טעונים חשמלית שליליים (אלקטרונים) וחיוביים (פרוטונים). עם זאת, אפשר לעשות מגנט עם קטבים שווים בקצוות. אתה רק צריך לשפשף את לוח הפלדה עם אותם מוטות, למשל הצפוניים, המוביל אותם מהאמצע לקצוות. לאחר מכן יסדרו האטומים במבנה הלוח כך שהקטבים הצפוניים ילכו לכיוון אחד, והקטבים הדרומיים בכיוון השני.

המחט המגנטית ממוקמת לאורך קווי הכוח המגנטיים. ניתן לתפוס בקלות את התצורה של קווי שדה מגנטי באמצעות סיבי ברזל. הניחו את הזכוכית עם סיבי מתכת על מגנט הרצועה והקישו קלות על הזכוכית. כל חלקיק ברזל ממוגנט ייצג חץ מגנטי קטן. כשהם משתרעים לאורך קווי הכוח של השדה, הם יחשפו את תצורתו.

בזמן הטלטול רוב הנסורת תעבור אל הקטבים. החלק המשווני של השדה ידלל. אבל חלקיקים טעונים חשמלית מתנהגים אחרת לגמרי.

אם ניתן היה לפזר חלקיקים בעלי מטען שלילי וחיובי כמו נסורת על זכוכית, הרי שהחלקיקים הטעונים היו נדחים מהקטבים ומתרכזים באזור המשווני של השדה המגנטי - בצורת טבעת. אבל איך אתה יכול לראות את כל זה?

גלקסיות תוצרת בית

אלומות של חלקיקים טעונים, בפרט אלקטרונים (חלקיקי בטא), מיוצרות בבטאטרונים. בהם מואצים האלקטרונים כמעט למהירות האור, והמכשירים עצמם שוקלים טונות, ולפעמים מאות טונות. ועדיין, כמעט כל אחד מאיתנו מסוגל לערוך ניסוי עם קרן אלקטרונים באמצעות טלוויזיות רגילות. אחרי הכל, בצינור הטלוויזיה אלו האלקטרונים שפוגעים במסך הקינסקופ בקווים וגורמים לזוהר.

קח מגנט קבוע חזק יותר והבא את המוט שלו למסך. התמונה על המסך תהפוך לספירלה הדומה לגלקסיה. אם התמונה מתפתלת ימינה, זה אומר שהקוטב הצפוני של המגנט מובא למסך. הקוטב הדרומי של המגנט יוצר ספירלה מפותלת שמאלה.

כשהמגנט מתקרב למסך, תופיע מולו טבעת כהה (אם המגנט הוא גלילי), ובמרכזה ממש תהיה נקודת אור שדרכה ממשיכה זרימת האלקטרונים לזרום לכיוון הקוטב. הכתם הכהה מראה שהקטבים המגנטיים דוחים אלקטרונים, ושולחים אותם לעבר קו המשווה של השדה המגנטי ובמסלול סביב המגנט.

האלקטרונים נדחים על ידי הקוטב הצפוני והדרומי. לכן, הם מרוכזים במישור המשווני של השדה המגנטי בצורה של טבעת שטוחה למדי, כמו הטבעות של כוכב הלכת שבתאי.

עם מצפן דרך שדות מגנטיים
איור. מספר

לוקחים את המגנט בקצה הקוטב הצפוני ביד ימין, הביאו את כל המישור שלו אופקית אל המסך. התמונה על המסך תתכופף בקשת - כלפי מעלה מעל קו המשווה של השדה המגנטי. הפוך את המגנט עם הקוטב הדרומי שלו ימינה - התמונה על המסך תתכופף.

מניסויים אלו ברור שאלקטרונים מסתובבים בשדה מגנטי במסלול נגד כיוון השעון כאשר מסתכלים על המגנט מהקוטב הצפוני. אם בחלקיקים טעונים חיובית עסקינן, הרי שהם, דוחים מקטבי המגנט, היו הולכים לכיוון המנוגד לכיוון האלקטרונים במסלול.

מה קורה אם מניחים מגנט על מיסבים ומוקרנים בזרימה חזקה למדי של אלקטרונים? המגנט יתחיל כנראה להסתובב: בזרימת אלקטרונים - בכיוון השעון, בזרימת פרוטונים - נגד כיוון השעון. כיוון הסיבוב של המגנט יהיה הפוך לכיוון הפיתול של החלקיקים הטעונים.

עכשיו בואו נזכור שכדור הארץ שלנו הוא מגנט ענק, ושזרם של פרוטונים נופל עליו מהחלל. כעת ברור מדוע דיברנו זמן רב על מגנטיות לפני שעברנו להסבר המובטח של סיבוב כוכב הלכת שלנו.

בריקוד סיבוב אחד

המדען האנגלי וו' גלברט האמין שכדור הארץ מורכב מאבן מגנטית. מאוחר יותר החליטו שכדור הארץ ממוגנט מהשמש. חישובים הפריכו השערות אלו.

הם ניסו להסביר את המגנטיות של כדור הארץ על ידי זרימות המוניות בליבת המתכת הנוזלית שלו. עם זאת, השערה זו עצמה מסתמכת על ההשערה של הליבה הנוזלית של כדור הארץ. מדענים רבים מאמינים כי הליבה היא מוצקה ואינה ברזל כלל.

בשנת 1891, המדען האנגלי שוסטר, כנראה בפעם הראשונה, ניסה להסביר את המגנטיות של כדור הארץ על ידי סיבובו סביב צירו. הפיזיקאי המפורסם P. N. Lebedev הקדיש הרבה עבודה להשערה זו. הוא הניח שבהשפעת הכוח הצנטריפוגלי, אלקטרונים באטומים מוזזים לעבר פני כדור הארץ. זה גורם למשטח להיות מטען שלילי, מה שגורם למגנטיות. אבל ניסויים בסיבוב טבעת עד 35 אלף סיבובים לדקה לא אישרו את ההשערה - מגנטיות לא הופיעה בטבעת.

בשנת 1947, P. Blacket (אנגליה) הציע כי נוכחות של שדה מגנטי בגופים מסתובבים היא חוק טבע לא ידוע. בלקט ניסה לבסס את התלות של השדה המגנטי במהירות הסיבוב של הגוף.

באותה תקופה היו ידועים נתונים על מהירות הסיבוב והשדות המגנטיים של שלושה גרמי שמים - כדור הארץ, השמש והגמד הלבן - הכוכב E78 מקבוצת הכוכבים בתולה.

השדה המגנטי של גוף מאופיין במומנט המגנטי שלו, סיבוב הגוף מתאפיין בתנע הזוויתי שלו (בהתחשב בגודל ובמסה של הגוף). זה זמן רב ידוע שהרגעים המגנטיים של כדור הארץ והשמש קשורים זה לזה באותו אופן כמו המומנט הזוויתי שלהם. Star E78 כיבד את המידתיות הזו! מכאן התברר שיש קשר ישיר בין סיבובם של גרמי השמיים לבין השדה המגנטי שלהם.

עם מצפן דרך שדות מגנטיים
איור. מספר

נוצר הרושם שסיבוב הגופים הוא שגורם לשדה המגנטי. בלקט ניסה להוכיח בניסוי את קיומו של החוק המוצע שלו. לצורך הניסוי יוצר גליל זהב במשקל 20 ק"ג. אבל הניסויים העדינים ביותר עם הגליל המוזכר לא הניבו דבר. גליל הזהב הלא מגנטי לא הראה סימנים של שדה מגנטי.

המומנטה המגנטי והזוויתי של צדק הוגדרו כעת, כמו גם זו של נוגה. שוב, השדות המגנטיים שלהם, מחולקים במומנטה זוויתית, מתגלים קרובים למספר Blackett. לאחר צירוף מקרים כזה של מקדמים, קשה לייחס את העניין למקרה.

אז האם סיבוב כדור הארץ מעורר שדה מגנטי, או שמא השדה המגנטי של כדור הארץ גורם לסיבוב שלו? מסיבה כלשהי, מדענים תמיד האמינו שסיבוב היה טבוע בכדור הארץ מאז היווצרותו. האם זה כך? או שלא! האנלוגיה לחוויית ה"טלוויזיה" שלנו מעלה את השאלה: האם בגלל שכדור הארץ מסתובב סביב צירו הוא, כמו מגנט גדול, נמצא בזרם של חלקיקים טעונים? הזרימה מורכבת בעיקר מגרעיני מימן (פרוטונים) והליום (חלקיקי אלפא). אלקטרונים אינם נצפים ב"רוח השמש"; הם כנראה נוצרים במלכודות מגנטיות בזמן התנגשויות של גופים ונולדים במפלים באזורים של השדה המגנטי של כדור הארץ.

כדור הארץ הוא אלקטרומגנט

הקשר בין התכונות המגנטיות של כדור הארץ לליבה שלו ברור כעת למדי. חישובים של מדענים מראים כי לירח אין ליבה נוזלית, ולכן לא אמור להיות בעל שדה מגנטי. ואכן, מדידות באמצעות רקטות חלל הראו כי לירח אין שדה מגנטי מורגש סביבו.

נתונים מעניינים התקבלו מתצפיות על זרמי כדור הארץ באזור הארקטי ובאנטארקטיקה. עוצמת הזרמים החשמליים של כדור הארץ שם גבוהה מאוד. הוא גבוה בעשרות ומאות מונים מהעוצמה בקווי הרוחב האמצעיים. עובדה זו מצביעה על כך שזרימת האלקטרונים מהטבעות של המלכודות המגנטיות של כדור הארץ חודרת באופן אינטנסיבי לכדור הארץ דרך כובעי הקוטב באזורי הקוטב המגנטי, כמו הניסיון שלנו עם הטלוויזיה.

כאשר פעילות השמש עולה, גדלים גם הזרמים החשמליים של כדור הארץ. כעת, ככל הנראה, ניתן להתייחס למסקנה כי זרמים חשמליים בכדור הארץ נגרמים מזרמי מסות ליבת כדור הארץ והזרמת אלקטרונים לכדור הארץ מהחלל, בעיקר מטבעות הקרינה שלו.

אז, זרמים חשמליים גורמים לשדה המגנטי של כדור הארץ, והשדה המגנטי של כדור הארץ, בתורו, גורם כנראה לכדור הארץ שלנו להסתובב. לא קשה לנחש שמהירות הסיבוב של כדור הארץ תהיה תלויה ביחס בין חלקיקים בעלי מטען שלילי וחיובי הנלכדים על ידי השדה המגנטי שלו מבחוץ, כמו גם אלו שנולדו בתוך השדה המגנטי של כדור הארץ.

מחבר: I. Kirillov

אנו ממליצים על מאמרים מעניינים סעיף מעבדת מדע לילדים:

▪ צונאמי

▪ ברומטר נורה

▪ שעון גרזן

ראה מאמרים אחרים סעיף מעבדת מדע לילדים.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

דרך חדשה לשלוט ולתפעל אותות אופטיים 05.05.2024

עולם המדע והטכנולוגיה המודרני מתפתח במהירות, ובכל יום מופיעות שיטות וטכנולוגיות חדשות שפותחות בפנינו אפשרויות חדשות בתחומים שונים. חידוש אחד כזה הוא פיתוח של מדענים גרמנים של דרך חדשה לשלוט באותות אופטיים, שעלולה להוביל להתקדמות משמעותית בתחום הפוטוניקה. מחקרים אחרונים אפשרו למדענים גרמנים ליצור לוח גלים שניתן לכוונן בתוך מוליך גל סיליקה מאוחה. שיטה זו, המבוססת על שימוש בשכבת גביש נוזלי, מאפשרת לשנות ביעילות את הקיטוב של האור העובר דרך מוליך גל. פריצת דרך טכנולוגית זו פותחת אפשרויות חדשות לפיתוח התקנים פוטוניים קומפקטיים ויעילים המסוגלים לעבד כמויות גדולות של נתונים. הבקרה האלקטרו-אופטית של הקיטוב שמספקת השיטה החדשה יכולה לספק את הבסיס לסוג חדש של התקנים פוטוניים משולבים. זה פותח הזדמנויות גדולות עבור ... >>

מקלדת Primium Seneca 05.05.2024

מקלדות הן חלק בלתי נפרד מעבודת המחשב היומיומית שלנו. עם זאת, אחת הבעיות העיקריות שעמן מתמודדים המשתמשים היא רעש, במיוחד במקרה של דגמי פרימיום. אבל עם מקלדת Seneca החדשה של Norbauer & Co, זה עשוי להשתנות. Seneca היא לא רק מקלדת, היא תוצאה של חמש שנים של עבודת פיתוח ליצירת המכשיר האידיאלי. כל היבט של מקלדת זו, ממאפיינים אקוסטיים ועד מאפיינים מכניים, נשקל ומאוזן בקפידה. אחד המאפיינים המרכזיים של Seneca הוא המייצבים השקטים שלה, הפותרים את בעיית הרעש המשותפת למקלדות רבות. בנוסף, המקלדת תומכת ברוחב מקשים שונים, מה שהופך אותה לנוחה לכל משתמש. למרות ש-Seneca עדיין לא זמין לרכישה, הוא מתוכנן לצאת בסוף הקיץ. Seneca של Norbauer & Co מייצגת סטנדרטים חדשים בעיצוב מקלדת. שֶׁלָה ... >>

המצפה האסטרונומי הגבוה בעולם נפתח 04.05.2024

חקר החלל והמסתורין שלו היא משימה שמושכת את תשומת לבם של אסטרונומים מכל העולם. באוויר הצח של ההרים הגבוהים, הרחק מזיהום האור בעיר, הכוכבים וכוכבי הלכת חושפים את סודותיהם בבהירות רבה יותר. עמוד חדש נפתח בהיסטוריה של האסטרונומיה עם פתיחתו של המצפה האסטרונומי הגבוה בעולם - מצפה הכוכבים אטקמה של אוניברסיטת טוקיו. מצפה הכוכבים אטקמה, הממוקם בגובה של 5640 מטר מעל פני הים, פותח הזדמנויות חדשות עבור אסטרונומים בחקר החלל. אתר זה הפך למיקום הגבוה ביותר עבור טלסקופ קרקעי, ומספק לחוקרים כלי ייחודי לחקר גלי אינפרא אדום ביקום. למרות שהמיקום בגובה רב מספק שמיים בהירים יותר ופחות הפרעות מהאטמוספירה, בניית מצפה כוכבים על הר גבוה מציבה קשיים ואתגרים עצומים. עם זאת, למרות הקשיים, המצפה החדש פותח בפני אסטרונומים אפשרויות מחקר רחבות. ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

מקרר לשבבי קוונטים 23.03.2023

מדענים סינים יצרו קופסת ואקום גבוהה לאחסון שבבים קוונטיים. המכשיר נקרא מקרר שבבים קוונטיים מכיוון שהוא עוזר לשמור על סביבה יציבה לאחסון שבבים קוונטיים.

למקרר השבבים הקוונטי, שפותח על ידי מרכז המחקר המחשוב הקוונטי Anhui בסין, יש שלושה תאי אחסון שניתן לגשת אליהם ולשלוט בהם באופן עצמאי. הוא מצויד במערכת ניטור חכמה שיכולה למדוד את מידת הוואקום בזמן אמת ולספק סביבת ואקום גבוהה יציבה, המסייעת לשמור על השבב לתקופה ארוכה. ניתן לשלוט במכשיר באופן אוטומטי מכיוון שהוא מצויד בממשק אדם-מחשב שעוצב במיוחד.

Jia Zhilong, סגן מנהל המרכז לחקר המחשוב הקוונטי, ציין כי שבבים קוונטיים הם המרכיבים העיקריים של מחשבים קוונטיים, ובניגוד לשבבים מסורתיים, הם חייבים לעבור תהליך ייצור מורכב יותר.

השבב הקוונטי רגיש לטמפרטורת הסביבה, ניקיון, רעש, רעידות, גלים אלקטרומגנטיים וכו'. החומר המוליך-על המשמש בשבב קוונטי יכול להגיב כימית עם מולקולות חמצן ומים באוויר ולאבד מאיכותו האופטימלית.

עוד חדשות מעניינות:

▪ טומוגרפיה ניידת לחולדות

▪ השפעת המכוניות החשמליות על הסביבה

▪ מד קיבולים ייעודי חדש

▪ ציפורים שקטות יותר בגלל ההתחממות הגלובלית

▪ אבטחת רשת בהגדרת תוכנת Fortinet

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק של האתר ספק כוח. מבחר מאמרים

▪ מאמר אנשים במעילים לבנים. ביטוי עממי

▪ מאמר לאיזה מאמר בויקיפדיה באנגלית ניתן לגשת באמצעות קישורים ראשונים מדפים אחרים? תשובה מפורטת

▪ מאמר עזרה ראשונה להתחשמלות. בריאות

▪ מאמר מלט להדבקת זכוכית. מתכונים וטיפים פשוטים

▪ מאמר טען התקן איתות לנתק. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר