Наукова робота. Дослідження властивостей та застосування неодимових магнітів N 35

Науковий керівник:
Воробйов Владислав Іванович,
учитель фізики,
Себинської загальноосвітньої
школи І-ІІІ ступенів
Новоодеської районної ради
Миколаївської області,
лауреат IV Всеукраїнського Інтернет-конкурсу
„УЧИТЕЛЬ РОКУ–2019” за версією
науково-популярного природничого журналу
„КОЛОСОК” у номінації „Фізика і астрономія”

Застосування неодимових магнітів N35

В  9 класі ми в перше познайомилися з магнітним полем та постійними магнітами. В підручнику прочитав цікаву історію: «Якось, розмовляючи з Майклом Фарадеєм, один державний діяч запитав у нього: «Як ви гадаєте, чи дасть якусь користь електрика?» Фарадей  посміхнувся:  «Через  кілька  років  ви  обкладатимете  електрику  податком!». Пройшло чи мало часу і зараз наше життя неможливо уявити, наприклад, без електричних двигунів — екологічно чистих, зручних, компактних пристроїв.  Саме тому почав цікавитись роботою електричного двигуна в основі якого лежить явище електромагнітної індукції. Найбільш вражаючим було дослідження М. Фарадея у відкритті індукційного струму. Почалось дослідження з інтернету, часто при пошуку «магніти» можна побачити “неодимові магніти”, але що це за магніти? А ще мало хто із людей можуть знати про застосування неодимових магнітів.

Неможливо навіть уявити, скільки дивовижних і найрізноманітніших фокусів можна проробити за допомогою надпотужних неодимових магнітів. Через дуже велику силу, ці магніти здатні впливати один на одного на дуже великих відстанях, змушуючи рухатись предмети , у яких заховані неодимові магніти. Особливо потужні магніти можуть зробити дуже сильне тяжіння, тому техніка безпеки при їх експлуатації повинна бути чітко усвідомлена. Хоч всі неодимові магніти покриваються міцним захисним покриттям, існує небезпека важкого отруєння, якщо в результаті ударів або з технологічних причин покриття буде порушено.

Рис. 1. Набір неодимових магнітів N35

Неодимові магніти, це ідеальні магніти для пошуку сталевих і залізних предметів в ґрунті, стінах, піску, підлогах. Для цього достатньо пустити магнітний кулю по підлозі, і він в той же момент знайде всі шурупи і цвяхи. Також можна прив’язати кільцевий магніт на нитку, і він стане зручним  шукачем для знаходження предметів у підлозі, стінах, ґрунті.

Магніти – унікальні розвага для дітей і дорослих. Безліч головоломок, різні  «висячі у повітрі» предмети, незвичайні скульптури, ігри з магнітами – це настільки притягує увагу, що навіть дорослі з задоволенням розважаються з магнітними кубиками, кульками – супермагнітами, кільцями і циліндрами, дисками. Велику популярність завоювали магніти у виробництві рекламної продукції та іграшок, сувенірів і прикрас. Також неодимові магніти можна зустріти на кредитних і дебетових пластикових картах, вони є в мікрофонах і гучномовцях, а ще в електродвигунах, генераторах, трансформаторах, реле, компасах, амперметрах, металодетекторах.

За допомогою неодимових магнітів можна відрехтувати вм’ятинки на трубах, саксофонах та інших музичних інструментах, зроблених з тонкого металу, не дивлячись на те, що дістатися до потрібного місця за допомогою інших інструментів дуже складно. Все що потрібно, це сталева кулька потрібного діаметру і магніт. Шарик «ведеться» магнітом по трубці до потрібного місця з невеликим тяжінням, і коли досягне вм’ятини – досить прикласти магніт до поверхні і поводити ним уздовж вм’ятини. Куля, притягуючись з великою силою зсередини, ідеально вирівняє поверхню, а сам магніт не дозволить йому зробити  «випуклість». На такий ремонт йде всього кілька секунд. Потім кулька точно так само виводиться з інструменту.

Сьогодні магнітні носії інформації поступаються місцем більш сучасним. І це змушує переносити дані, відео, аудіо на DVD, на жорсткі диски комп’ютерів, а всі ці відеокасети, дискети та інші застарілі технології відправляємо на сміття. Однак далеко не завжди ми б хотіли, щоб те, що на них записано могло потрапити в чужі руки. В Інтернеті досить багато приватного відео, яке було вкрадено у нічого не підозрюючи людей саме таким чином. Важливо розуміти , що навіть при розірваній і заплутаній плівці, пом’ятій і навіть подряпаній дискеті – з них все одно при бажанні можна багато чого отримати. Але якщо обробити їх надсильним магнітним полем – інформація буде безповоротно знищена. Неодимові магніти цілком підходять для цих цілей. При правильному застосуванні вони дозволять вам бути впевненими, що приватне відео або цінна інформація буде знищена.
Також довідався, що за допомогою магнітів можна очищати акваріумів та інших ємностей. І я вирішив провести свій перший експеримент по очистці вікон в класній кімнаті. Один магніт – з внутрішньої сторони, із закріпленою на ньому губкою. А зовні – другий магніт. Рухаємо тим магнітом, який зовні, а той, який всередині – із зусиллям притискає магнітним полем до скла і рухається слідом за першим. Важливо тільки стежити , щоб дотик магніту зі склом був «м’яким», інакше можна розбити його.

Всі перераховані вище способи застосування неодимових магнітів, це всього лише крапля води в морі. Можна ще звернути увагу на використання цих магнітів в механізмах затискачів і фіксації, для яких вони ідеально підходять, також з їх допомогою можна робити очищення моторного і трансмісійного масла, володіють благотворною дією на організм людини, що називається магнітотерапією, відновлення магнітних властивостей інших магнітів і т.д.

Для створення міні-електродвигуна я почав мандрівку з ознайомленням властивостей магнітів. Чи мало що довідався.

Властивості неодимових магнітів N35

Неодимовий магніт – це сплав металів і бору, який сьогодні отримав неймовірну популярність.

Переваги неодимових магнітів:

1. Тривалий термін використання. Вони втрачають від 0.1% до 3% своєї сили раз на 10-15 років.
2. Компактні розміри.
3. Сила тяжіння 50-300 кг в залежності від розміру.

Заходи безпеки при експлуатації!!!

1. Не можна прикладати неодимовий магніт до вимірювальних приладів без потреби, адже результат зіткнення – це зупинка або повне виведення з ладу даних приладів.
2. Сила тяжіння настільки велика, що при використанні магніту можна прищемити пальці. Тому рекомендується одягати захисні рукавички при його експлуатації.
3. Не варто тримати магніт поблизу екрану телевізора і комп’ютера, жорсткого диска і флешки, так як вони можуть вийти з ладу.

Основні характеристики

Таблиця 1

Перш ніж використовувати магніти необхідно знати деякі властивості, які допоможуть у подальшому їх застосуванні.

Дослідження неодимових магнітів N35

Тому ми вирішили дослідити такі властивості:

• механічні;
• електричні;
• фізичні;

Та як результат застосувати на практиці отримані знання та створити власний міні-електродвигун у поєднані з диском Ньютона.

Результати

1. Кількість – 100 шт(N35);
2. Маса(1шт) – 0,02г.;
3. h(товщина) – 0,858мм;
4. d(діаметр) – 5мм;
5. S(площа) – 19,625мм²

Дослід №1

Визначення коефіцієнта тертя (магніту по металу)

Використовуючи формулу:

µ=F_тер/N;

m₁(магніт);

m₂(додатковий тягарець)=9,1г;

Таблиця 2

Графік  залежності µ(S)

Графік  залежності F_тер(N)

Висновок. Аналізуючи графіки прослідковується пряма залежність коефіцієнта тертя від площі магнітів, що у подальшому допоможе нам з’ясувати яку кількість необхідно підібрати магнітів для створення двигуна.

Дослід №2

Дослідження електричних властивостей магніту (N35)

Оскільки електричний двигун працює від електрики, то ми звичайно вирішили перевірити електричні властивості магніту.

В результаті дослідження було з’ясовано.

1. Опір магніту без протікання струму становить:

R_(100шт)=0,05 Ом

2. Коли через магніт протікає електричний струм його опір різко зростає.

Таблиця 3

Графік  залежності R_маг(I_кз)

Висновок:

Даний графік дає можливість спрогнозувати за якого значення сили струми опір магніту досягне 0 Ом. А пояснити це можна лише на основі того що під час проходження струму магніт нагрівається, а як ми знаємо під час нагрівання магніт втрачає свої властивості. Тому й падає його опір.

Дослід №3

Дослідження силових властивостей магніту (N35)

Важливу роль у створенні електродвигуна відіграє також знання про магнітну силу магніту. Для з’ясування провели експеримент простим способом підвішування тягарців.

Дослідили магнітну силу 1шт.

1шт –витримала – 250г.

Висновок: Неодимові магніти дійсно сильні магніти. Отже для створення електродвигуна нам буде достатньо використати невелику кількість неодимових магнітів.

Дослід №4

Виготовлення міні –електродвигун з диском Ньютоном.

Озброївшись знаннями, ми приступили до  його створення. Постало запитання, «Чим особливий буде наш двигун?» . Відповідь не забарилась, «Ми зуміємо пов’язати електромагнітне поле та електромагнітну хвилю» Електродвигун демонструє  явище електромагнітної індукції, а при обертанні диска Ньютона з високою швидкістю ми можемо спостерігати, як ці кольори зливаються, утворюючи білий тон, що перевершує по яскравості кожен з кольорів окремо. Цей простий експеримент є одночасно пізнавальним, так як він:
– демонструє процес злиття кольорів веселки в білий колір;
– демонструє склад білого кольору.

А світло як ми знаємо – це електромагнітна хвиля.

Необхідне приладдя:

1. Мідний ізольований дріт.(d=0.4мм)
2. Система батарей.(1уп.- 30гр.)
3. Роздрукований диск Ньютона.(принтер і папір)
4. Декілька неодимових магнітів. (ціна 100шт- 60гр.)
5. Булавки.(ціна 1уп.- 3гр.)
6. Пульт ДУ(несправний)
7. З’єднувальні провода.
8. Ентузіазм.

Інструктаж з БЖД

1. Дотримуйтесь загальних правил ТБ при роботі з електричними колами.
2. Пам’ятайте про сильну магніту дію неодимових магнітів та тримайте подалі від предметів на які можуть вплинути магнітне поле.

Результат:

Принцип дії електродвигуна ґрунтується на перетворенні електричної  енергії  на механічну. Основна проблема яка постала перед нами це створення колектора який  автоматично  змінює  напрямок  струму  в  рамці. Для його створення ми зачистили частину одного кінця дроту. Після замикання кола рамка внаслідок дії  сил Ампера починає повертатися  і при потраплянні на лаковану поверхню рамка за інерцією продовжує свій рух і таким чином вона набирає оберти.

Висновок: Знання про магнітні властивості відкриває нам безмежний простір у створенні різноманітних пристроях, дія який ґрунтується на явищі електромагнітної індукції. В результаті дослідження ми отримали нові знання, задоволення від отриманої роботи, а головне сконструювали міні-електродвигун та спостерігали злиття кольорів, що дозволяє побачити фізичну природу світла.

Редакція може не поділяти думку авторів і не несе відповідальність за достовірність інформації. Будь-який передрук матеріалів з сайту може здійснюватись лише при наявності активного гіперпосилання на e-kolosok.org, а також на сам матеріал!