Scenariusz
Temat
Podsumowanie wiadomości o magnetyzmie i elektromagnetyzmie
Etap edukacyjny
Trzeci
Podstawa programowa
VIII. Magnetyzm. Uczeń:
1) posługuje się pojęciem pola magnetycznego; rysuje linie pola magnetycznego w pobliżu magnesów stałych i przewodników z prądem (przewodnik prostoliniowy, zwojnica);
2) opisuje jakościowo oddziaływanie pola magnetycznego na przewodniki z prądem i poruszające się cząstki naładowane; omawia rolę pola magnetycznego Ziemi jako osłony przed wiatrem słonecznym;
3) opisuje zjawisko indukcji elektromagnetycznej i jej związek ze względnym ruchem magnesu i zwojnicy lub zmianą natężenia prądu w elektromagnesie; opisuje przemiany energii podczas działania prądnicy;
5) opisuje zasadę działania transformatora oraz podaje przykłady jego zastosowania.
Czas
45 minut
Ogólny cel kształcenia
Utrwalenie wiedzy na temat magnetyzmu i elektromagnetyzmu.
Kształtowane kompetencje kluczowe
1. Opisuje pole magnetyczne wokół magnesów trwałych i przewodników z prądem.
2. Wyjaśnia zjawisko indukcji elektromagnetycznej.
Cele (szczegółowe) operacyjne
Uczeń:
- opisuje pole magnetyczne wokół magnesów trwałych i przewodników z prądem słownie i graficznie,
- objaśnia zjawisko indukcji elektromagnetycznej i jego zastosowanie.
Metody kształcenia
1. Dyskusja.
2. Odwrócona klasa.
Formy pracy
1. Praca indywidualna.
2. Praca grupowa.
Etapy lekcji
Wprowadzenie do lekcji
Przygotuj odpowiedzi na następujące zagadnienia:
1. Jakie właściwości ma magnes trwały?
2. Opisz kształt linii pola magnetycznego wokół magnesu sztabkowego.
3. Opisz pole magnetyczne Ziemi.
4. Jak dzielimy materiały pod względem podatności na namagnesowanie?
5. Opisz kształt linii pola magnetycznego wokół przewodnika przez który przepływa prąd stały.
6. Wyjaśnij, czym jest elektromagnes.
7. Wyjaśnij, czym jest siła elektrodynamiczna. Opisz zasadę działania silnika na prąd stały.
8. Na czym polega zjawisko indukcji elektromagnetycznej?
9. Opisz działanie transformatora.
10. Scharakteryzuj promieniowanie elektromagnetyczne.
Realizacja lekcji
1. Jakie właściwości ma magnes trwały?
Magnes to ciało, które przyciąga żelazo albo przyciąga lub odpycha inne magnesy.
Każdy magnes posiada dwa bieguny:
- północny – oznaczony symbolem N;
- południowy – oznaczony symbolem S.
Magnes jest dipolem magnetycznym. To oznacza, że podział każdego magnesu na dwie części spowoduje, że utworzą się dwa magnesy, z których każdy będzie miał dwa bieguny.
Jednoimienne bieguny magnesu odpychają się, zaś różnoimienne przyciągają.
2. Opisz kształt linii pola magnetycznego wokół magnesu sztabkowego.
Przestrzeń wokół magnesu, w której działa siła magnetyczna, nazywany jest polem magnetycznym. Pole to oddziałuje na odległość na ciała zawierające żelazo, nikiel lub kobalt lub na inne magnesy. Pole magnetyczne przedstawiamy za pomocą linii sił pola skierowanych od bieguna północnego do południowego. Pole magnetyczne jest najsilniejsze w pobliżu biegunów.
3. Opisz pole magnetyczne Ziemi.
Ziemia wytwarza wokół siebie pole magnetyczne. Południowy biegun magnetyczny Ziemi leży w pobliżu geograficznego bieguna północnego, a północny biegun magnetyczny w pobliżu geograficznego bieguna południowego. Bieguny magnetyczne Ziemi można określać za pomocą kompasu, którego najważniejszą częścią jest igła będąca małym magnesem. Wskazuje ona magnetyczny biegun południowy czyli geograficzny biegun północny. Pole magnetyczne rozciągające się wokół Ziemi nazywane jest magnetosferą.
4. Jak dzielimy materiały pod względem podatności na namagnesowanie?
Ze względu na podatność na namagnesowanie dzielimy substancje na:
- Ferromagnetyczne – silnie przyciągane przez pole magnetyczne, dające się również trwale namagnesować. Należą do nich żelazo, kobalt, nikiel, neodym oraz związki i stopy tych metali. Stosuje się je m.in. do budowy magnesów trwałych, rdzeni elektromagnesów, rdzeni transformatorów, nośników magnetycznych, uchwytów.
- Paramagnetyki – czyli substancje słabo przyciągane przez pole magnetyczne. Należą do nich np. aluminium, sód, potas, lit.
- Diamagnetyki – są to substancje słabo odpychane przez pole magnetyczne. Należą do tej grupy np. miedź i jej stopy, grafit, bizmut, woda destylowana.
5. Opisz kształt linii pola magnetycznego wokół przewodnika z prądem.
Jeśli przez przewodnik płynie prąd elektryczny, to wokół tego przewodnika powstaje pole magnetyczne. Jego obecność i kierunek można sprawdzić za pomocą igły magnetycznej. Zmiana kierunku przepływu prądu w przewodniku wywołuje zmianę kierunku pola magnetycznego.
Linie pola magnetycznego wokół prostoliniowego przewodnika z prądem mają kształt współśrodkowych okręgów. Kierunek pola magnetycznego można wyznaczyć za pomocą reguły prawej ręki.
6. Wyjaśnij, czym jest elektromagnes.
Elektromagnes to magnes powstający w wyniku przepływu prądu elektrycznego przez przewodnik. Najczęściej elektromagnes składa się ze zwojnicy, przez którą przepływa prąd oraz rdzenia ferromagnetycznego, który ma za zadanie wzmacniać wytworzone przez prąd pole magnetyczne. Elektromagnesy podobnie jak magnesy trwałe mają dwa bieguny: północy i południowy. Właściwości magnetyczne elektromagnesu zanikają, gdy odłączymy go od źródła napięcia. Stosowane są do m.in. podnoszenia złomu, w zamkach i zaworach elektromagnetycznych, akceleratorach, urządzeniach do magnetycznego rezonansu jądrowego.
7. Wyjaśnij, czym jest siła elektrodynamiczna. Opisz zasadę działania silnika na prąd stały.
Jeśli przewodnik, przez który płynie prąd elektryczny, umieścimy w polu magnetycznym to działa na niego siła zwana siłą elektrodynamiczną. Jest ona skierowana prostopadle do kierunku płynącego prądu oraz prostopadle do kierunku pola magnetycznego.
Zjawisko to wykorzystywane jest w silnikach elektrycznych, w których energia elektryczna zamieniana jest na energię mechaniczną. Silnik na prąd stały zbudowany jest ze stojana, czyli układu magnesów lub elektromagnesów oraz wirnika – zwojnicy umieszczonej w stojanie. Siła elektrodynamiczna wytworzona przez płynący prąd powoduje obrót zwojnicy.
8. Na czym polega zjawisko indukcji elektromagnetycznej?
Jeśli przewodnik znajdzie się w zmiennym polu magnetycznym, to powstaje w nim napięcie elektryczne. Zjawisko to nazywamy indukcją elektromagnetyczną. Zmienne pole magnetyczne może zostać wytworzone przez ruch magnesu lub elektromagnesu. W obecności stałego pola magnetycznego zjawisko indukcji nie zachodzi.
9. Opisz działanie transformatora.
Transformator to urządzenie służące do przekazywania energii zmiennego prądu elektrycznego. Za jego pomocą można zwiększać lub obniżać napięcie elektryczne indukowanego prądu. Zbudowany jest z uzwojenia pierwotnego i wtórnego, które umieszczone są na wspólnym rdzeniu ferromagnetycznym. Przepływ prądu zmiennego w uzwojeniu pierwotnym wzbudza przepływ prądu w uzwojeniu wtórnym. Jest to możliwe dzięki zjawisku indukcji elektromagnetycznej.
10. Scharakteryzuj promieniowanie elektromagnetyczne.
Fala elektromagnetyczna jest to zaburzenie pola elektromagnetycznego rozchodzące się w przestrzeni. Właściwości fali elektromagnetycznej zależą od długości jej fali. Rozróżniamy fale radiowe, mikrofale, podczerwień, światło widzialne, ultrafiolet, promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie gamma. Fale elektromagnetyczne rozchodzą się w próżni z prędkością 300000 .
Im większa jest długość fali, tym mniejsza jest jej częstotliwość, czyli długość i częstotliwość fali są do siebie odwrotnie proporcjonalne.
[Grafika interaktywna]
Podsumowanie lekcji
Magnetyzm to dziedzina fizyki zajmująca się opisem zjawisk fizycznych związanych z polem magnetycznym, które może być wytwarzane zarówno przez prąd elektryczny, jak i przez materiały magnetyczne.