Магнит өрісінің тұрмыста, техникада қолданыстарын көрсет
Тапсырма: Жердің магнит өрісінің өзгерісі
Магнит өрісі — электр зарядталған бөлшектер қозғалысқа түскен кезде олардың өзара әсері жүзеге асатын өріс. Жердегі магнитизмнің табиғатын түсіндіруде әдетте мынадай көзқарас айтылады: Жер магнит өрісінің бір бөлігі (шамамен 30%) Жер қыртысы мен мантиядағы темір қосылыстарының магниттелуімен байланысты, ал негізгі бөлігі Жердің металл ядросындағы электр токтарының әсерінен пайда болады.
Зерттеу сұрақтары
- Жердің магнит өрісінің тәуліктік вариацияларын зерттеу не үшін қажет?
- Магниттік аномалиялар неліктен пайда болады?
- Ионосфера (электр өткізгіш қабат) Жер бетін неден қорғайды?
- Магниттік дауылдар неден туындайды және олардың Жер бетіне ықтимал зияны қандай?
- Егер Жердің магнит өрісі болмаса, қандай салдар болуы мүмкін?
- Магнит өрісінің тұрмыста және техникада қолданылуына мысал келтіріңіз.
Жұмыс жоспары
- a)Зерттеу жұмысын жүргізу үшін тірек сөзді анықтаңыз.
- ә)Қажетті мәліметтерді іздеп, топтастырып жинақтаңыз.
- б)Анализ және синтез жасаңыз.
- в)Зерттеу жұмысын үлгімен салыстырыңыз.
- г)Қорытынды жасаңыз.
Негізгі тірек ұғымдар
Теориялық негіз: магнит өрісі қалай пайда болады?
Жақыннан әсер ету теориясы бойынша өткізгіштердің біріндегі ток екінші токқа «тікелей» емес, өз маңындағы өріс арқылы әсер етеді. Қозғалмай тұрған зарядтардың айналасында электр өрісі пайда болатыны сияқты, ток жүретін өткізгіштің айналасында магнит өрісі қалыптасады. Бір өткізгіштегі ток тудырған магнит өрісі екіншісіндегі токқа әсер етеді, ал екінші токтың өрісі біріншіге әсер етеді.
Магнит өрісінің тәжірибелік қасиеттері
- Магнит өрісін электр тогы (қозғалыстағы зарядтар) тудырады.
- Магнит өрісі токқа (қозғалыстағы зарядтарға) әсер ету арқылы байқалады.
Магнит өрісі — материяның бір түрі; ол бізден тәуелсіз түрде нақты бар құбылыс ретінде қарастырылады.
Дереккөз: М. Н. Алексеев, «Физикаға құмар өренге…»
Қысқаша тарихи шолу: компастан обсерваторияларға дейін
Ежелгі деректерде шамамен 4000 жыл бұрын Қытайда магнит туралы түсініктер жазылғаны айтылады. Кейін магниттелген заттарды теңізде бағдарлау үшін түрлі өркениеттер қолдана бастады.
XIV ғасырдың басында италиялық Флавий Джойя шкаласы бар компасты пайдалануды ұсынды. Христофор Колумб магниттік ауытқудың тұрақты еместігін, географиялық координаталарға байланысты өзгеретінін байқап, Жер магнит өрісін қайта зерттеуге түрткі болды.
1544 жылы неміс ғалымы Г. Гратман магнит еңкеюін (магнит тілінің горизонталь жазықтықтан жоғары-төмен ауытқу бұрышын) сипаттады. 1600 жылы ағылшын В. Гильберт «Магнит хақында» кітабында тәжірибелерін келтіріп, ұзақ уақыт үстем болған «Темірқазық жұлдызы магнит тілін тартады» деген түсінікке қарсы шығып, Жердің өзі алып магнит екенін тұжырымдады.
Кейін М. В. Ломоносов (1759) Жер магнетизмін жүйелі зерттеу үшін тұрақты бақылау пункттері — обсерваториялар желісін құру қажеттігін айтты. 1785 жылы Ш. Кулон еңбектері магнит өрісін тек бағыты бойынша ғана емес, күшінің сан мәні бойынша да өлшеуге бастама болды.
Өзгерістер мен құбылыстар: вариациялар, аномалиялар, дауылдар
Тәуліктік вариациялар нені білдіреді?
Магнитологтар Жердің магнит өрісінің өте әлсіз өзгерістерін сезгіш құрал — вариометр көмегімен бақылайды. Магнит тілі үнемі аздап тербеліп тұрады, ал кей кездері тәулігіне 15–20 минутқа дейін ауытқулар байқалуы мүмкін. Осындай тәуліктік өзгерістер Жердің магнит өрісінің тәуліктік вариациялары деп аталады.
Тәуліктік вариациялардың басты себептерінің бірі — Күн сәулеленуі. Өзгеріс географиялық ендікке және жыл мезгіліне байланысты, өйткені берілген нүктеге қатысты Күннің орналасуы өзгереді.
Жердің магнит өрісі аяқталып, ғарыш кеңістігінің магниттік әсері басым болатын шекара шамамен 150–200 мың км қашықтықта орналасады.
Магниттік аномалиялар неден туады?
Кейбір заттар (мысалы, мыс, алтын және кейбір тұздар) магнит өрісінің әсерінен сол өріске қарсы бағытта әлсіз магниттеледі. Осындай жыныстар мен кен орындары орналасқан аймақтарда Жердің магнит өрісі салыстырмалы түрде бәсеңдеп, теріс магниттік аномалия туындауы мүмкін.
Магниттік дауылдар және олардың әсері
Кей күндері магнит тілі күрт және күтпеген түрде «дір етіп», бірнеше сағатқа, тіпті бірнеше күнге созылатын күшті ауытқулар байқалады. Мұндай күндер магниттік ұйытқу немесе магниттік дауыл күндері деп аталады.
Техникалық салдары
Радиобайланысқа, электр және байланыс желілеріне елеулі кедергі келтіруі мүмкін.
Бақылаудың маңызы
Алдын ала болжау және тәуекелді азайту үшін үздіксіз магниттік мониторинг қажет.
Дереккөз: «Физика в школе», 1990, №6
Ұзақ мерзімді өзгерістер: бағыттың ауысуы мүмкін бе?
Жердің магнит өрісі өте ұзақ уақыт аралығында өзгеріп отырады, мұндай процестерді тікелей бақылау қиын. Кей зерттеулерге сәйкес, Филиппин аралдары маңындағы теңіз түбі шөгінділерін талдау 700 мың жыл бұрын магнит өрісінің бағыты бірнеше рет ауысқанын және әр ауысудың салыстырмалы түрде қысқа мерзімге созылғанын көрсетеді.
Ықтимал себептер туралы болжамдар
- Ядро мен мантия шекарасындағы темір қоспаларының қорлары магниттік режимге әсер етуі мүмкін.
- Метеориттердің түсуі магнит өрісінің ауытқуына түрткі болуы мүмкін деген пікірлер бар.
Ионосфера: электр өткізгіш қабат және қорғаныс рөлі
Күн сәулесінің бір бөлігі — ультракүлгін сәуле. Ол атмосфераның жоғарғы қабаттарына өткенде газдарды иондайды, соның нәтижесінде Жер бетінен шамамен 100 км биіктікте электр өткізгіш қабат — ионосфера қалыптасады.
Қозғалыс және «тасу» тәрізді құбылыстар
Күн мен Ай әсерінен ионосферада теңіздер мен мұхиттардағы тасу қозғалыстарына ұқсас динамикалық өзгерістер болуы мүмкін.
Токтың пайда болуы
Магнит өрісінде қозғалатын өткізгіш ортада электр тогы туындайды. Сондықтан геомагниттік өріс әсерінен ионосферада токтар пайда болады.
Кері байланыс
Ионосферадағы токтардың өзі магнит өрістерін тудырып, Жер бетіндегі магнит тілінің тұрақты тербелістеріне ықпал етеді.
Қолданбалы маңызы: магнит өрісі техникада және өндірісте
Магниттік дефектоскопия
Бұйым ішіндегі ақауды — қуысты немесе сызатты — анықтауда магниттік дефектоскопия әдісі қолданылады.
Магниттік крандар
Көп мөлшердегі темір бұйымдарын көтеріп-тасымалдауға арналған магниттік крандар өндірісте кең қолданылады.
Сұрыптау және орналастыру
Болат бұйымдарды реттеп орналастыруда (мысалы, шегелерді тез жинақтауда) магниттің көмегі тиімді.
Магниттік подшипниктер
Үйкелісі аз, «дерлік үйкеліссіз» тірек жүйелерін жасау идеясы магниттік подшипниктердің дамуына әкелді; бұл бағыттағы технологияларға өндірістік сұраныс артып келеді.
Құбырларды тазарту
Магниттік әдістер арқылы құбыр жүйелеріндегі ұсақ темірлі қоспаларды ұстап қалып, тазарту мүмкіндігі бар.
Неге бұл маңызды?
Магнит өрісі құбылыстарын түсіну — өндірістік сапаны бақылау, қауіпсіздік және байланыс тұрақтылығын арттыруға тікелей ықпал етеді.
Оқушы игеретін нәтижелер: анализ, синтез және қорытынды
Тапсырманы орындау барысында оқушы мыналарды меңгереді
- Магнит өрісінің қозғалыстағы зарядтар әсерінен пайда болатынын түсінеді.
- Зерттеудің тірек сөздері: «магнит өрісі» және «Жердің магнит өрісі» екенін анықтайды.
- Геомагниттік құбылыстардың Күн белсенділігі және ғарыштық ортамен байланысын байқайды.
- Магнит өрісінің өндірісте және техникада қолданылу аясы кең екенін дәлелдермен көрсетеді.
- Магниттік ұйытқулар кезінде радиотолқындар мен кейбір электромагниттік құрылғылар жұмысы тұрақсыздануы мүмкін екенін түсінеді.
- Ғарыштық бөлшектер атмосфера иондалуын күшейтіп, геомагниттік ауытқуларға әсер етуі мүмкін екенін тұжырымдайды.
- Жердің магнит өрісінің бағыты мыңдаған және миллиондаған жылдар ауқымында өзгеруі ықтимал екенін біледі.