Исследовательские работы и проекты
В исследовательском проекте по физике на тему «Применение магнитного поля в науке, технике и медицине» учащийся дает определение понятия «магнитное поле», изучает способы его образования и узнает о практическом применении магнитного поля в науке. В работе рассматривается понятие «Сила Ампера» и роль магнитного поля в создании техники.
Подробнее о работе:
Автор в своем индивидуальном исследовательском проекте по физике о возможностях магнитного поля привел основные сведения, связанные с открытием данного явления и его использованием. Школьник рассказала о таких методах использования магнитного поля в медицине, как постоянная магнитотерапия, импульсная магнитотерапия, низкочастотная магнитотерапия и магнитно-резонансная томография.
Оглавление
Введение
Открытие магнитного поля – одно из самых важных научных открытий в истории человечества. Без него было бы трудно представить нашу современную жизнь: не было бы изобретено множество приборов, не были бы получены важнейшие технологии.
Данная исследовательская работа (проект) посвящается изучению применения магнитного поля в различных сферах деятельности человека.
Цель: узнать о практическом применении магнитного поля в науке, технике, медицине.
- Провести анализ литературы по данной теме;
- Изучить возникновение и действие магнитного поля;
- Выяснить, какие силы действуют в магнитном поле;
- Систематизировать материал, полученный из различных источников о применении магнитного поля в практической жизни.
Тема: Определение удельного заряда электрона методом магнетрона. Цель работы — Закон
- магнитное поле создается движущимися заряженными частицами и телами, проводниками с током, постоянными магнитами;
- магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы и тела, на проводники с током, на постоянные магниты, на рамку с током;
- магнитное поле является вихревым, т.е. его силовые линии (линии магнитной индукции) замкнутые.
Историческая справка
История магнетизма уходит корнями в глубокую древность, к античным цивилизациям Малой Азии. Именно на территории Малой Азии, в Магнезии, находили горную породу, образцы которой притягивались друг к другу. По названию местности такие образцы и стали называть «магнетиками».
А в 1600 году вышло сочинение английского придворного врача и физика Уильяма Гильберта «О магните». К уже известным фактам Гильберт прибавил такие важные наблюдения, как: усиление действия магнитных полюсов железной арматурой, потерю магнетизма при нагревании и другие.
Однако только в XIX веке была обнаружена связь между электричеством и магнетизмом, и возникло представление о магнитном поле.
В 1820 г. датский физик Ханс Кристиан Эрстед (1777-1851) обнаружил, что магнитная стрелка, расположенная рядом с электрическим проводником, отклоняется, когда по проводнику течет ток, т. е. вокруг проводника с током создается магнитное поле.
Его опыт имел большое значения для развития учения об электромагнитных явлениях.
А узнав о работе Эрстеда, французский физик Андре Мари Ампер исследовал взаимодействие параллельных проводников с током. Он установил, что при наличии в проводниках разнонаправленных токов – проводники отталкиваются друг от друга. А если токи имеют одинаковое направление, то проводники будут притягиваться.
Это были два самых известных опыта в истории изучения магнитного поля, которые подтолкнули других учёных делать всё новые и новые исследования в этой области.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА
1. Цель работы: изучение действия электрического и магнитного полей на заряженные частицы. Определение отношения заряда электрона к его массе.
2. Приборы и материалы:установка состоящая из электронной лампы с цилиндрическим ядром, соленоида, миллиамперметра, вольтметра.
3. Метод измерения: изменяя силу тока в соленоиде, внутри которого помещена электронная лампа, определяется значение критической индукции магнитного поля соленоида, по которому вычисляется удельный заряд электрона.
Удельным зарядом электрона называется отношение заряда электрона к его массе. Экспериментальные методы определения отношения e/т основаны на действии электрического и магнитного полей на электроныдвижущиеся в этих полях с определенной скоростью
На заряд, находящийся в электрическом поле напряженностью Е действует сила f:
На заряд, движущийся в магнитном поле с индукцией В со скоростью υдействует сила Лоренца, перпендикулярная векторам Bи υ равная
Величина силы Лоренца зависит от угла между направлением скорости и вектором индукции магнитного поля:
Сила Лоренца, как следует из (7.2), направлена различно для положительных и отрицательных зарядов, движущихся в одном направлении.
Поскольку сила Лоренца всегда перпендикулярна к скорости частицы, то работу над частицей она не совершает, а сообщает движущемуся заряду нормальное ускорение, не изменяя величины скорости (энергии) заряда.
Пусть заряженная частица массы т с зарядом +q летит со скоростью υ под углом αк силовым линиям магнитной индукции. Разложим скорость на две составляющие: — параллельную полю, и — перпендикулярную полю.
Но вектор направлен вдоль вектора . Следовательно, в направлении поля на частицу не действует сила и она летит с постоянной скоростью .
Сила постоянна по модулю и перпендикулярна скорости и . Эта сила сообщает частице центростремительное ускорение, и частица будет двигаться по окружности. Радиус этой окружности можно найти, записав второй закон Ньютона:
Время, за которое частица совершает один полный оборот — период вращения -равен:
За один оборот заряд сместится вдоль направления вектора на расстояние :
Таким образом, частица участвует одновременно в двух движениях: с постоянной скоростью вдоль линии индукции магнитного поля и по окружность в плоскости, перпендикулярной магнитному полю. Результирующим движением является движение по спирали с шагом h.
В настоящей работе для определения удельного заряда электрона е/т используется цилиндрический магнетрон.
Магнетроном называется двухэлектродная электронная лампа (диод), в которой электроны, летящие от катода к аноду, наряду с электрическим полем, подвергаются действию внешнего магнитного поля. Магнитное поле, направленное вдоль вертикальной оси лампы, создается соленоидом.
Применение магнитного поля в науке, технике и медицине | Обучонок
«Умная пыль» собирает энергию
Рис. 8. Дистанционное питание датчиков: магнитоэлектрический преобразователь на основе пьезоэлектрического и магнитострикционного материалов, расположенных на подложке из сужающейся металлической пластины — волноводного акустического концентратора (а), узел беспроводной сенсорной сети с магнитоэлектрическим питанием (б)
Рис. 9. Механические колебания кантилевера из пьезоэлектрического материала: преобразуются в электрическую энергию (а), пьезоэлектрический элемент для сбора энергии при ходьбе (б)
Проблема взаимосвязи магнитных и электрических явлений в твердом теле чрезвычайно многогранна, и в этой статье показаны лишь некоторые ее стороны. Эта область науки сейчас активно развивается, остается много непонятного, и неизвестные эффекты ждут своих первооткрывателей.
