ВВЕДЕНИЕ

V. Текст лекции

IV. Учебно-материальное обеспечение

Основная

II. Расчёт учебного времени

I. Цели занятия

ЛЕКЦИЯ

по дисциплине «Физика»

для обучающихся по направлениям подготовки (специальности):

280104.65 Пожарная безопасность

Раздел № 3 «Магнетизм»

Тема № 9.1 «Статическое магнитное поле в веществе»

Обсуждена на заседании ПМК (секции)

Протокол № 7 от ”13 ”января 2012

Санкт-Петербург

	Должность	Фамилия/ Подпись	Дата
Разработал
Проверил
		Стр. 1из 38

Утверждаю Заведующая кафедрой профессор, доктор педагогических наук Л.В. Медведева

План чтения лекции Время -4 ч

Дисциплина «Физика» Специальности: ПБ (2 курс, 3 семестр)

Тема №3 «Магнетизм»

Требования руководящих документов: Устав службы Пожарной Охраны обязывает должностных лиц повышать общеобразовательные и специальные знания; внедрять достижения науки и практики.	Учебные вопросы: Введение 1. Магнитные моменты электронов и атомов. 2.Магнитное поле в веществе. Заключительная часть Итого:	Время (мин):
Проблемные вопросы: - можно ли успешно выполнить требования Устава без знаний в области способов применения рассмотренных явлений в пожарной безопасности. .	Целевая установка: Сформировать у обучающихся устойчивые знания в области способов применения рассмотренных явлений в пожарной безопасности
Материально-техническое обеспечение:	Литература: 1. Скребов В.Н., Трубилко А.И. Курс общей физики. Т. 2. Электричество и магнетизм. — СПб: СПбУ ГПС МЧС России, 2011, с.244-296. 2. Трофимова Т.И. Курс физики. - М.: Высшая школа, 2009. с.236-247.
- цветные фломастеры, доска;
-компьютерные презентации (при наличии условий).

1. Образовательная –изучение магнитного поля в веществе

2. воспитательные

- применение рассмотренных явлений в пожарной безопасности

- повышение квалификации сотрудников ГПС

Содержание и порядок проведения занятий	Время, мин.
ВВОДНАЯ ЧАСТЬ ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Учебные вопросы Магнитные моменты электронов и атомов Магнитное поле в веществе ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ	5 минут 80 минут 40 минут 40 минут 5 минут

III. Рекомендуемая литература

1. Скребов В.Н., Трубилко А.И. Курс общей физики. Т. 2. Электричество и магнетизм. — СПб: СПбУ ГПС МЧС России, 2011, с.244-296

2. Трофимова Т.И. Курс физики. — М.: Высшая школа, 2003. с 236-247

1.Технические средства обучения:, мультимедийный проектор, компьютерная техника, Демонстрационные плакаты, схемы,

Любое вещество, находящееся в магнитном поле, называется магнетиком. Нас интересует, что происходит с веществом, помещенным
в магнитное поле. Для решения этой задачи следует обратиться к опыту. Существует большое количество экспериментальных данных, демонстрирующих реакцию различных веществ на магнитное поле. Мы из этого многообразия выберем, на наш взгляд, наиболее характерные, взяв в качестве веществ некоторые металлы: медь, алюминий и железо.

В электростатике мы рассматривали поведение проводников в электрическом поле. Оказалось, что качественное поведение металлов в электрическом поле не зависит от природы металла. Точно так же законы протекания тока в металлических проводниках одни и те же. Различие определяется лишь разными значениями удельного сопротивления проводников. Поскольку это важно для дальнейшего, мы приведем значения удельных сопротивлений для выбранных металлов: .

Теперь возникает вопрос: как эти металлы ведут себя в магнитном поле? Даже простой повседневный опыт говорит о том, что железные предметы притягиваются к постоянному магниту, в то время как другие указанные металлы внешне не реагируют на наличие магнита.

Для более точной проверки влияния магнитного поля на эти металлы были проведены достаточно тонкие опыты, принципиальная схема которых показана на рис. 1. Так как заранее очевидно, что сила взаимодействия может быть и малой, то нужно иметь источник сильного магнитного поля. Для этого используется соленоид, по катушке которого протекает большой ток (при этом необходимо даже использовать систему охлаждения соленоида). Образец помещают около конца соленоида, т. е. в месте, где поле неоднородно и градиент вектора магнитной индукции велик.
По изменению деформации пружины можно измерить силу, действующую на образец. Опуская описание деталей этих тонких опытов, приведем их результаты. Оказывается, что результаты опытов с разными металлами отличаются не только количественно, но и качественно.

Рис. 1. Принципиальная схема установки для измерения силы, действующей на вещество в магнитном поле

Качественное отличие заключается в том, что чистая медь выталкивается из магнита. Алюминий втягивается в соленоид. Однако и в том, и в другом случае действующие на образцы силы малы. Железный образец втягивается в соленоид с огромной силой. Например, в конкретных измерениях, когда и силы, действующие на образцы массой в 1 г, равнялись:

Эти силы значительно меньше сил тяжести, действующих на эти образцы. На железный образец действует сила, равная , что значительно превышает силу тяжести.

Сила, действующая на железный образец, примерно в 10⁵ раз больше силы, действующей на медный образец той же массы. Другие же свойства этих элементов, в частности, удельные сопротивления, отличаются не так сильно.

Обобщение результатов многочисленных исследований поведения магнетиков в магнитном поле позволяет утверждать, что по характеру
отклика на внешнее магнитное поле все вещества можно разделить на три группы.

К первой группе относятся вещества, которые слабо отталкиваются от магнита. Такие вещества называются диамагнетиками. К ярко выраженным диамагнетикам относятся водород, жидкий азот, висмут, цинк, золото, многие органические и неорганические соединения.

Ко второй группеотносятся вещества, которые втягиваются в область более сильного магнитного поля. Такие вещества называются пара-магнетиками. Для некоторых металлов, как и многих других, этот эффект не очень заметен. Однако для других веществ парамагнитный эффект становится весьма ярким. Например, в случае жидкого кислорода при температуре °С парамагнитный эффект становится весьма существенным. Следует обратить внимание на очень важное обстоятельство. Например, чистая мель — диамагнетик, а хлористая медь — парамагнетик. Чистый натрий — парамагнетик, а хлористый натрий — диамагнетик.

Наконец, к третьей группе относятся вещества, ведущие себя в магнитном поле подобно железу. Такие вещества называются ферромагнетиками. К ним относятся железо, кобальт, никель и ряд других веществ.

В этом разделе перед нами стоят две задачи. Первая задача состоит в попытке разобраться, хотя бы на качественном уровне, в атомном происхождении магнитных эффектов. Оказывается, что магнитные эффекты в большой степени помогают понять основные особенности атомной структуры вещества. Вторая задача заключается в изучении макроскопических явлений в намагниченном веществе. Это аналогично рассмотрению диэлектрических явлений.

1. Магнитные моменты электронов и атомов