Фізика і хімія в побуті. Підручник для осіб з особливими освітніми потребами (F70). 10 клас. Тороп

§ 8. Магніти та електромагніти

Наука — це наше розуміння того, як влаштований світ, і загалом світ працює належним чином, незалежно від того, розуміємо ми це чи ні. Наприклад, магнетизм. Люди знали про магніти тисячі років і практично стільки ж часу використовували їх як компаси. Стародавні греки та римляни знали так само добре, як і ми, що магнітний камінь (мінерал, багатий залізом) може притягувати інші шматки заліза, тоді як стародавні китайці виготовляли магнітні компаси. Ми по-справжньому дізналися, як працює магнетизм, лише в минулому столітті, відколи вперше було відкрито й досліджено будову атомів.

Тіла, які мають магнітні властивості, називаються магнітами (від грецького — камінь з міста Магнесії — давнього міста у Туреччині). Отже, залізна руда є природним магнітом.

Магнітні явища — це явища притягування тіл до магніту. Вони притягують до себе предмети, в складі яких є залізо або сталь. Однак більшість металів, папір, тканина, скло є немагнітними.

Ділянки, де магнітна дія виявляється найсильніше, називають полюсами магніту.

Магніт має два полюси — північний N і південний S. Неможливо одержати магніт тільки з одним полюсом.

Якщо його розділити на частини, то кожна із частин магніту матиме два полюси. Навіть найменший шматочок магніту, відокремлений від будь-якої його частини, завжди матиме два полюси (мал. 50).

Мал. 50. Постійний магніт

Магнітні явища в природі. Деякі живі організми можна назвати «живими магнітами». У степах Північної Америки росте невеличка рослина, яку називають сильфіум. Її широкі мережані листочки розташовані в одній площині і завжди орієнтовані ребрами на північ-південь, широкою стороною на захід-схід. Для подорожніх сильфіум є надійним компасом. Ця дивна властивість захищає рослину від пекучих сонячних променів і надмірного випаровування вологи (мал. 51).

Мал. 51. «Живі магніти»: квітка сильфіум, слимак, муха

Магнітне поле Землі є орієнтиром, наприклад, для слимаків. Якщо на шляху слимака покласти магніт, що діє на слимака трохи сильніше, ніж магнітне поле Землі, то, повертаючи магніт у той чи інший бік, можна змінювати напрям руху слимака.

Виявлено, що навіть мухи у якийсь спосіб відчувають магнітне поле Землі. Німецький учений Гюнтер помітив, що в 90 випадках зі 100 вони сідають на горизонтальну поверхню в напрямку точно північ — південь або схід — захід. Таку саму особливість він виявив у хрущів і термітів.

Розрізняють природні, штучні та тимчасові магніти. До природних магнітів належать: магнітна руда, яка містить залізо або оксид заліза, що намагнічуються за рахунок земного магнетизму. Тимчасові магніти виявляють ознаки магнетизму лише під дією сильних магнітних полів.

Штучні магніти люди виготовляють шляхом намагнічування спеціальних сортів сталі, внаслідок чого сталь набуває магнітних властивостей і стає постійним магнітом (мал. 52).

Постійні магніти: неодимові магніти, феритові магніти, кобальтові магніти та інші.

Електромагніт — пристрій, що створює магнітне поле за допомогою електричного струму.

Мал. 52. Види штучних магнітів

Магніт, який прикріплює речі до вашого холодильника, є постійним магнітом: він постійно зберігає свій магнетизм. Не всі магніти працюють таким чином. Ви можете зробити тимчасовий магніт, пропустивши електрику через котушку дроту, обмотану навколо залізного цвяха (пристрій, який іноді називають соленоїдом). Увімкніть струм, і цвях стане магнітом; вимкніть його знову, і магнетизм зникне. Ця основна ідея застосовується у дверному електричному дзвінку: коли ви натискаєте кнопку, ви вмикаєте електромагніт, який тягне молоток на панель дзвінка. Такі тимчасові магніти називаються електромагнітами — магнітами, що працюють від електрики.

Електромагнетизм — це сила, створена електричними струмами (які самі спричинені рухомими електронами).

Електромагніти є доказом того, що можна створити магнетизм за допомогою електрики. Електрика завжди створює магнетизм, коли струм рухається або змінюється. Кожного разу, коли електричний струм тече в дроті, він створює магнітне поле навколо нього.

Справедливим є протилежне судження: ви можете виробляти електрику, використовуючи зміну магнітного поля. Практично вся електроенергія, яку ми використовуємо (за винятком електроенергії, виробленої з сонячних батарей), виробляється пристроями, які називаються генераторами. Вони використовують потужні магніти та котушки дроту для виробництва електроенергії за допомогою турбін, пристроїв, які вловлюють енергію потоків, що рухаються повз них (як правило, вітру, води або пари, отриманої з вугілля, нафти чи внаслідок ядерної реакції).

Для того, щоб отримати електрику з магнетизму, потрібно розмістити металевий дріт біля магніту (тобто дріт знаходиться всередині магнітного поля). Перемістіть провід або перемістіть магніт, щоб магнітне поле всередині дроту коливалося і електрика проходила по дроту. Продовжуйте рухати дріт або магніт, і ви постійно вироблятимете електрику.

Електромагніти є всюди, наприклад, потяги на магнітній підвісці (мал. 53). Електромагніти також можна знайти в медичному обладнанні, побутових приладах: тостери, блендери, дрилі, генератори, електромагнітні замки тощо.

Як в електричному, так і в магнітному полі, утворюються електромагнітні хвилі. Електромагнітні хвилі відрізняються від механічних хвиль тим, що вони можуть передавати енергію та проходити через вакуум.

Мал. 53. Застосування електромагнітів

Мал. 54. Спектр електромагнітних хвиль

Електромагнітні хвилі відрізняються частотою й довжиною хвилі. Існує спеціальна шкала (спектр) електромагнітних хвиль — безперервна послідовність частот і довжин існуючих у природі електромагнітних хвиль (мал. 54).

Різні типи хвиль мають різне використання в нашому повсякденному житті. Найважливішим з них є видиме світло, яке дає нам змогу бачити.

Радіохвилі мають найдовшу довжину хвилі з усіх електромагнітних хвиль. Радіохвилі часто використовуються для передачі даних і для різноманітних програм, включаючи радіо, супутники, радари та комп’ютерні мережі.

Мікрохвилі коротші за радіохвилі, їх довжина вимірюється в сантиметрах. Ми використовуємо мікрохвильові печі для приготування їжі, передачі інформації та в радарі, який допомагає передбачити погоду. Мікрохвилі можуть проникати через хмари, дим і легкий дощ.

Між мікрохвилями та видимим світлом знаходяться інфрачервоні хвилі. Інфрачервоні хвилі іноді класифікують як «ближній» інфрачервоний і «далекий» інфрачервоний діапазон. Ближні інфрачервоні хвилі — це хвилі, які за довжиною хвилі ближчі до видимого світла. Це інфрачервоні хвилі, які використовуються для роботи пульту дистанційного керування телевізором для перемикання каналів. Далекі інфрачервоні хвилі знаходяться далі від видимого світла за довжиною хвилі. Далекі інфрачервоні хвилі є тепловими і віддають тепло. Все, що віддає тепло, випромінює інфрачервоні хвилі. Це стосується і людського тіла!

Спектр видимого світла охоплює довжини хвиль, які може бачити людське око. Це діапазон довжин хвиль від 390 до 700 нм, що відповідає частотам 430-790 ТГц.

Ультрафіолетові хвилі мають наступну довжину хвилі після видимого світла. Саме ультрафіолетові промені Сонця викликають сонячні опіки. Озоновий шар захищає нас від ультрафіолетових променів Сонця. Деякі комахи, наприклад, джмелі, здатні бачити ультрафіолетові сигнали. Ультрафіолетове світло використовується потужними телескопами, такими як космічний телескоп Хаббл, щоб побачити далекі зірки.

Рентгенівські промені мають навіть меншу довжину хвилі, ніж ультрафіолетові промені. У цій частині електромагнітного спектру вчені починають вважати ці промені більше частинками, ніж хвилями. Вони можуть проникати в м’які тканини, такі як шкіра та м’язи, і використовуються для отримання рентгенівських знімків кісток у медицині.

Коли довжини електромагнітних хвиль стають коротшими, їхня енергія зростає. Гамма-промені є найкоротшими хвилями в спектрі і, як наслідок, мають найбільшу енергію. Гамма-промені іноді використовуються для лікування раку та отримання детальних зображень для діагностики в медицині. Гамма-промені утворюються під час ядерних вибухів.

Незважаючи на користь електромагнітних хвиль, вони можуть негативно впливати на здоров’я людини: випромінювання, яке ними створюється, при тривалому впливі викликає сонливість, ознаки втоми, головні болі. Щоб зменшити шкідливий вплив від електромагнітних хвиль, відстань між працюючими електроприладами (мікрохвильова піч, електроплита, телевізор, пральна машина, холодильник тощо) повинна бути не менше 1,5-2 м.

Конспект учня (запиши в зошит)

ТЕМА. МАГНІТИ ТА ЕЛЕКТРОМАГНІТИ

Тіла, які мають магнітні властивості, називаються магнітами.

Магнітні явища — це явища притягування тіл до магніту.

Електромагніти — це магніти, що працюють від електрики. Більшість електромагнітів складаються із залізного сердечника, обмотаного мідним дротом, а потім намагніченого, щоб притягувати інші метали за допомогою електричного струму.

Шкала (спектр) електромагнітних хвиль — безперервна послідовність частот і довжин існуючих у природі електромагнітних хвиль.

Подумай та дай відповідь