Zjawiska fizyczne

Podstawowe zjawiska fizyczne i ich zastosowanie:

elektryczne i magnetyczne.

■

Jaki jest związek między prądem elektrycznym a polem magnetycznym?

(uczeń w klasie)

■

Jaka siła działa na przewodnik umieszczony w polu magnetycznym?

(uczeń w klasie)

■

Jak działa elektromagnes?

(uczeń w domu)

■

Od czego zaleŜy siła przyciągania elektromagnesu?

(uczeń w domu)

■

Jak moŜna zakłócić pole magnetyczne Ziemi?

(pokaz)

■

Czy moŜna oddzielić od siebie dwa bieguny magnetyczne?

(pokaz)

■

Jak zachowuje się magnes?

(pokaz)

■

Jak zrobić wskazówkę kompasu

? (uczeń w domu)

■

Dlaczego magnetyczny krąŜek zawisł w powietrzu?

(pokaz)

■

Czy magnes przyciąga kaŜdy metal?

(uczeń w klasie)

■

Czy magnes przyciąga przez przegrodę, np. papier, drewno?

(uczeń w klasie)

■

Czy magnes oddziałuje w wodzie?

(uczeń w klasie)

■

Jak układają się stalowe opiłki wokół róŜnych magnesów?

(pokaz)

■

Jak zbadać właściwości elektryczne grafitu?

■

Jaki jest związek między prądem elektrycznym a polem magnetycznym?

(uczeń w klasie)

Przygotuj: baterie, przewodnik (np. drut w izolacji), igłę magnetyczną.

Przebieg doświadczenia:

•

umieść przewodnik nad igłą magnetyczną w kierunku północ-południe (moŜna trzymać
przewodnik w dłoni);

•

podłącz na sekundę przewodnik do biegunów baterii;

•

obserwuj połoŜenie igły magnetycznej.

Obserwacje: po włączeniu przewodnika do baterii igła magnetyczna wychyla się (dłuŜsze
podłączanie powoduje rozładowanie baterii).

Komentarz: odchylenie igły od kierunku północ–południe świadczy o tym, Ŝe znalazła się ona
w dodatkowym polu magnetycznym. Źródłem tego nowego pola jest prąd płynący w przewodniku,
a dokładniej – poruszające się w nim ładunki elektryczne. Linie wytworzonego pola otaczają
okręgami przewodnik, w którym płynie prąd. Przy takim ustawieniu przewodnika, jak w doświad-
czeniu, są one prostopadłe do linii pola magnetycznego Ziemi.

■

Jaka siła działa na przewodnik umieszczony w polu magnetycznym?

(uczeń w klasie)

Przygotuj: magnes podkowiasty, przewodnik (np. drut), baterie.

Przebieg doświadczenia:

•

między ramionami magnesu umieść luźno zwisający przewodnik;

•

połącz na chwilę końce przewodnika z biegunami baterii;

•

zmień kierunek przepływu prądu, odwracając baterię.

Obserwacje: przewodnik jest na przemian wciągany między ramiona magnesu i wypychany
spomiędzy nich.

Komentarz: ruch przewodnika dowodzi, Ŝe działa na niego jakaś siła. Siła ta musi mieć związek
z kierunkiem przepływu prądu, gdyŜ tylko ten czynnik zmienia się w doświadczeniu – zmiana
kierunku prądu powoduje zmianę kierunku, w jakim odchyla się przewodnik. Na przewodnik,
przez który płynie prąd, umieszczony w polu magnetycznym, działa siła nazywana siłą
elektrodynamiczną.

■

Jak działa elektromagnes?

(uczeń w domu)

Przygotuj: płaską baterię 4,5 V, duŜy Ŝelazny gwóźdź, długi przewód (około 50 cm) w izolacji,
szpilki, spinacze, pinezki.

Przebieg doświadczenia:

•

końce przewodu oczyść z izolacji;

•

gwóźdź owiń kilkadziesiąt razy przewodem w izolacji;

•

końce przewodu dołącz do płaskiej bateryjki;

•

rozsyp na stole drobne metalowe przedmioty (pinezki, szpilki);

•

zbliŜ do nich koniec gwoździa;

•

odłącz gwóźdź od prądu i obserwuj zachowanie pinezek i szpilek.

Obserwacje: gwóźdź podłączony do prądu przyciąga drobne metalowe przedmioty.

Komentarz: dlaczego drobne metalowe przedmioty przyczepiają się do gwoździa, gdy przewód
połączony jest z baterią, a odpadają po odłączeniu go od baterii? Gwóźdź owinięty przewodem
po podłączeniu do baterii zachowuje się jak magnes, poniewaŜ prąd płynący w przewodzie
wytwarza pole magnetyczne. Urządzenie, w którym wykorzystuje się to zjawisko, nazywa się
elektromagnesem. Elektromagnesy znalazły zastosowanie m.in. w elektrycznych zamkach
do drzwi. Bardzo silne elektromagnesy wykorzystuje się np. na złomowiskach do przenoszenia
cięŜkich elementów metalowych.

■

Od czego zaleŜy siła przyciągania elektromagnesu?

(uczeń w domu)

Przygotuj: płaską baterię 4,5 V, duŜy Ŝelazny gwóźdź, długi przewód (około 50 cm) w izolacji,
szpilki, spinacze, pinezki.

Przebieg doświadczenia:

•

zmniejsz liczbę zwojów drutu na gwoździu o połowę i sprawdź, jak elektromagnes
przyciąga drobne metalowe przedmioty;

•

wyciągnij delikatnie gwóźdź z przewodnika i sprawdź, jak oddziałuje na drobne metalowe
przedmioty samouzwojenie podłączone do baterii.

Obserwacje: po zmniejszeniu liczby zwojów elektromagnesu, a takŜe po usunięciu gwoździa
przedmioty są słabiej przyciągane.

Komentarz: po usunięciu gwoździa, a takŜe po zmniejszeniu uzwojenia siła oddziaływania
elektromagnesu słabnie.

■

Jak moŜna zakłócić pole magnetyczne Ziemi?

(pokaz)

Przygotuj: przewód w izolacji około 5–8 m, igłę magnetyczną, dwa taborety, zwojnicę o duŜej
liczbie zwojów (np. 130).

Przebieg doświadczenia:

•

w przestronnym pomieszczeniu (np. na korytarzu) ustaw dwa taborety, na których staną
uczniowie. Taborety ustawione są prostopadle do kierunku północ–południe;

•

wstaw do zwojnicy igłę magnetyczną;

•

podłącz końce przewodu do zwojnicy;

•

niech dwójka uczniów kręci przewodem, tak jak skakanką, prostopadle do kierunku
północ-południe;

•

uczniowie powinni obserwować, co się dzieje z igiełką magnetyczną podczas zataczania
przewodem okręgów;

•

przytrzymaj zwojnicę dłonią, aby się nie przesuwała podczas zataczania okręgów
przewodem.

Obserwacje: igła magnetyczna się wychyla.

Komentarz: kręcąc przewodem, wywołujemy w nim przepływ prądu. Wiadomo, Ŝe wokół
przewodnika, przez który płynie prąd, powstaje pole magnetyczne. O istnieniu tego pola
wnioskujemy z obserwacji zachowania się igły magnetycznej.

■

Czy moŜna oddzielić od siebie dwa bieguny magnetyczne?

(pokaz)

Przygotuj: kawałek magnesu, młotek, imadło.

Przebieg doświadczenia:

•

wkręć w imadło magnes, tak aby wystawała jego połowa;

•

złam młotkiem magnes na dwie części;

•

sprawdź, czy występuje między kawałkami magnesu oddziaływanie.

Obserwacje: kawałki magnesu przyciągają się lub odpychają.

Komentarz: nawet najdrobniejsza część magnesu ma dwa bieguny. Gdybyśmy dzielili magnes
na coraz drobniejsze części, to i tak nie uda nam się oddzielić bieguna południowego
od północnego.

■

Jak zachowuje się magnes?

(pokaz)

Przygotuj: miskę (lub kuwetę) z wodą, niewielki magnes, plastikową mydelniczkę, plastelinę.

Przebieg doświadczenia:

•

w podstawce mydelniczki umieść kawałek plasteliny;

•

następnie do plasteliny przymocuj magnes;

•

jeden koniec magnesu oznacz kropką z plasteliny;

•

umieść mydelniczkę w misce z wodą.

Obserwacje: magnes moŜe dowolnie się obracać, gdy umieścimy go w mydelniczce na wodzie
lub zawiesimy, np. na sznurku. Mydelniczka wraz z oznaczonym końcem magnesu zawsze ustawia

się w tym samym kierunku, niezaleŜnie od tego, jak pierwotnie zostanie połoŜona na wodzie.
Ta szczególna właściwość magnesu jest wykorzystana do wyznaczania kierunków świata.

W kompasie biegun północny Ziemi wskazuje igła magnetyczna, która jest specjalnie oznaczona
kolorem niebieskim lub np. kropką.

Komentarz: wykorzystane jest tutaj elementarne oddziaływanie w przyrodzie: przyciąganie
przeciwnych biegunów magnesów. Ziemia teŜ stanowi „duŜy magnes”, jej północny biegun
magnetyczny przyciąga południowy biegun, kaŜdego magnesu, który moŜe się swobodnie poruszać
(w naszym wypadku wskazówki magnesu). Taka właściwość magnesu wynika z jego budowy
wewnętrznej, której tutaj nie omawiamy, jedynie zwracamy uwagę na róŜnorodność substancji
(materiałów), z których są zbudowane ciała fizyczne (przedmioty).

■

Jak zrobić wskazówkę kompasu

? (uczeń w domu)

Przygotuj: korek od butelki, igłę, magnes, kuwetę lub miskę z wodą, kompas.

Przebieg doświadczenia:

•

namagnesuj igłę, pocierając ją kilkakrotnie magnesem w jedną stronę;

•

wbij igłę poziomo w korek i umieść w kuwecie lub misce z wodą.

Obserwacje: igła ustawi się wzdłuŜ linii północ–południe, zgodnie z kierunkiem ziemskiego pola
magnetycznego. Jeśli obok połoŜymy kompas, moŜemy łatwo przekonać się, gdzie jest kierunek
północny. Igła zachowuje się, jak mały magnes. Ma dwa bieguny: północny i południowy.
Wiadomo, Ŝe takie same bieguny (jednoimienne) magnesu odpychają się, a róŜne (róŜnoimienne)
przyciągają. Jeden koniec igły jest przyciągany przez ziemski magnetyczny biegun północny, drugi
przez południowy.

Komentarz: wykorzystane jest tutaj elementarne oddziaływanie w przyrodzie: przyciąganie prze-
ciwnych biegunów magnesów. Ziemia teŜ stanowi „duŜy magnes”, jej północny biegun
magnetyczny przyciąga południowy biegun, kaŜdego magnesu, który moŜe się swobodnie poruszać
(w naszym wypadku wskazówki magnesu). Taka właściwość magnesu wynika z jego budowy
wewnętrznej, której tutaj nie omawiamy, jedynie zwracamy uwagę na róŜnorodność substancji
(materiałów), z których są zbudowane ciała fizyczne (przedmioty).

■

Dlaczego magnetyczny krąŜek zawisł w powietrzu?

(pokaz)

Przygotuj: 2 krąŜki magnetyczne z otworami pośrodku, krąŜek z tektury i drewna z takimi samymi
otworami, ołówek, plastelinę.

Przebieg doświadczenia:

•

na jednym krąŜku magnetycznym namaluj (np. korektorem) białą kropkę;

•

ustaw pionowo ołówek i wciśnij go w podstawkę z plasteliny;

•

na ołówek nakładaj kolejno: magnesy, krąŜki z tektury i z drewna – kaŜdy oddzielnie;

•

następnie wsuń na ołówek oba magnesy naraz;

•

zdejmij górny magnes, obróć go o 180° i ponownie wsuń na ołówek.

Obserwacje: kaŜdy krąŜek wsuwany na ołówek z osobna opada na podstawkę. Wierzchni magnes
opada na dolny magnes albo nad nim zawisa w zaleŜności od tego, którą powierzchnią jest
do niego zwrócony.

Komentarz: co powoduje, Ŝe ten sam magnes w jednym połoŜeniu „wisi” nad drugim magnesem,
a w innym na niego opada? KaŜdy magnes ma dwa bieguny. Bieguny jednoimienne odpychają się,
a róŜnoimienne – przyciągają. Takie oddziaływanie ciał nazywamy oddziaływaniem

magnetycznym. Zachodzi ono w przestrzeni otaczającej magnes. Gdy górny magnes jest zwrócony
do magnesu dolnego biegunem przeciwnym, działają na niego siły przyciągania ziemskiego
i przyciągania magnetycznego – obie o takim samym zwrocie. Magnes pod działaniem tych sił
opada. Po obróceniu go o 180° magnesy oddziałują na siebie biegunami jednoimiennymi –
odpychają się. Siłę przyciągania ziemskiego działającą na wierzchni magnes równowaŜy wtedy siła
odpychania magnetycznego – magnes „wisi” w powietrzu.

■

Czy magnes przyciąga kaŜdy metal?

(uczeń w klasie)

Przygotuj: magnes, gwoździe Ŝelazne, spinacze biurowe, monety, kawałki folii aluminiowej,
Ŝ

etony, srebrny pierścionek, złota obrączka.

Przebieg doświadczenia:

•

zbliŜaj magnes do kaŜdego przedmiotu z osobna;

•

utwórz zbiór przedmiotów przyciąganych przez magnes.

Obserwacja: spośród badanych przedmiotów magnes przyciąga tylko gwoździe i metalowe
spinacze.

Komentarz: dlaczego magnes nie przyciąga pozostałych przedmiotów, chociaŜ teŜ są wykonane
z metalu? Podatność substancji na oddziaływanie magnetyczne jest związana z jej wewnętrzną
budową. Niektóre substancje, jak nikiel i Ŝelazo, są podatne na oddziaływania magnetyczne.
Większość substancji jednak oddziałuje magnetycznie bardzo słabo.

■

Czy magnes przyciąga przez przegrodę, np. papier, drewno?

(uczeń w klasie)

Przygotuj: papierowe pudełeczko, spinacze i inne drobne metalowe przedmioty, magnes.

Przebieg doświadczenia:

•

wrzuć do pudełeczka spinacze i inne drobne metalowe przedmioty;

•

przesuwaj pod nim magnes.

Obserwacja: podczas przesuwania magnesu pod pudełkiem drobne przedmioty się przesuwają.

Komentarz: papier nie stanowi przeszkody dla oddziaływań magnetycznych.

■

Czy magnes oddziałuje w wodzie?

(uczeń w klasie)

Przygotuj: miseczkę z wodą, magnes, szpilki, spinacze.

Przebieg doświadczenia:

•

do miseczki z wodą wrzuć szpilki, spinacze lub inne drobne przedmioty z Ŝelaza;

•

zbliŜ magnes do dna miseczki.

Obserwacje: szpilki, spinacze, a takŜe inne drobne przedmioty z Ŝelaza moŜna wyciągnąć z miski
za pomocą magnesu, nie mocząc dłoni.

Komentarz: oddziaływanie magnetyczne zachodzi na odległość. W oddziaływaniu magnetycznym
nie przeszkadza obecność wody.

■

Jak układają się stalowe opiłki wokół róŜnych magnesów?

(pokaz)

Przygotuj: magnesy o róŜnych kształtach, stalowe opiłki, płaskie przezroczyste plastikowe
pudełko (np. po lekach).

Przebieg doświadczenia:

•

wsyp opiłki do przezroczystego pudełka;

•

umieść pudełko na magnesach i popukaj w nie;

•

zaobserwuj, jak układają się opiłki.

Obserwacje: opiłki tworzą róŜne symetryczne wzory – zaleŜnie od kształtu magnesu.

Komentarz: na podstawie układu opiłków moŜemy wnioskować o róŜnym rozkładzie sił
działających wokół magnesu. Magnes wytwarza wokół siebie pole magnetyczne. Linie pola
magnetycznego tworzą zamknięte pętle przechodzące przez magnes. Biegun, z którego wychodzą
linie, nazywamy północnym (N), a biegun, do którego wracają – południowym (S).
Uwaga! Nie naleŜy rozsypywać opiłków na tekturce albo szybce, poniewaŜ mogą się dostać
do oczu.

■

Jak zbadać właściwości elektryczne grafitu?

Przygotuj: rysik grafitowy ( z ołówka), bateria (4,5 V), Ŝaróweczka, przewody doprowadzające.

Przebieg doświadczenia:

•

połącz Ŝaróweczkę przewodami doprowadzającymi z dwoma biegunami baterii: podstawkę
Ŝ

arówki z jednym ogniwem, a jej gwint – z drugim ogniwem. śaróweczka świeci;

•

przerwij obwód i włącz rysik grafitowy pomiędzy końcówką przewodu a biegunem baterii.

Obserwacje: Ŝaróweczka zaświeciła się ponownie.

Komentarz: grafit – będący elementem obwodu – okazał się przewodnikiem prądu elektrycznego.
Grafit to jedna z odmian węgla. Pozostałe odmiany to diament i fulereny.