© Helsingin yliopiston opettajankoulutuslaitos
© Helsingin yliopiston
opettajankoulutuslaitos
Kompassin neula on pieni magneetti. Se osoittaa aina pohjoiseen. Tästä
voidaan päätellä, että maapallokin on magneetti. Kun pohjoissuunta tiedetään,
kompassin avulla voidaan päätellä maastossa oikea suunta.
Nano ja Piko turvautuvat kompassin apuun ylittäessään vuorta.
Kompassi osoittaa aina kohti pohjoista.
Mekaniikan Astel-materiaalissa perehdyttiin gravitaatiovuorovaikutukseen ja aikaisemmin tässä materiaalissa varattujen kappaleiden väliseen sähköiseen vuorovaikutukseen. Magneettien välillä on uusi vuorovaikutuksen laji, magneettinen vuorovaikutus. Kompassin neula kuten jokainen muukin sauvamagneetti pyrkii asettumaan pohjois—etelä -suuntaiseksi. Pohjoiseen kääntyvää päätä sanotaan magneetin pohjois- eli N-kohtioksi (north), etelään kääntyvää etelä- eli S-kohtioksi (south).
Tankomagneetin kohtiot.
Kahden magneetin samannimiset kohtiot karkottavat, erinimiset vetävät toisiaan puoleensa. Aiemmin on tutustuttu varausten väliseen sähköiseen vuorovaikutukseen. Magnetismi on sähkömagneettisen vuorovaikutuksen toinen ilmenemismuoto ja ensimmäisessä luvussa oli jo esillä varattujen kappaleiden välinen sähköinen vuorovaikutus. Myös magneetin ja magneettisten aineiden välillä on magneettinen vuorovaikutus.
Tankomagneetteja käytetään mm. muistilappujen kiinnittämiseen jääkaapin oveen. Myös kaiuttimissa ja pienissä sähkömoottoreissa on magneetteja. Isommissa sähkömoottoreissa käytetään sähkömagneetteja. Magneettisia kappaleita löytyy myös luonnosta. Jotkut rautapitoiset malmit voivat olla magneettisia.
Nano ja Piko tutkivat tankomagneettien välisiä vuorovaikutuksia
Kun U-magneetit erinimiset kohtiot ovat vastakkain, U-magneetit vetävät toisiaan puolensa.
Magneetti vetää puoleensa myös rauta- tai nikkeliesinettä, vaikka esine itse ei ole magneetti.
Tavallinen sukkapuikko ei ole magneettinen, mutta kuvassa Nano magnetoi sen sivelemällä sukkapuikkoa yhdensuuntaisin vedoin tankomagneetilla. Piko on jo magnetoinut oman sukkapuikkonsa, joten pienet rautanaulat tarttuvat siihen. Parhaiten rautanaulat tarttuvat magnetoidun sukkapuikon päihin. Magneettisuus voidaan poistaa kuumentamalla tai takomalla magneettia.
Nano sivelee sukkapuikkoa magneetilla, jolloin sukkapuikko magnetoituu. Pikon sukkapuikko on jo magnetoitunut ja pienet rautanaulat tarttuvat siihen.
Kun Piko katkaisee sukkapuikon hohtimilla, hän ei saa pohjois- ja etelänapoja erilleen, vaan katkaistun magneetin kumpikin osa on aina täydellinen magneetti. Tämän Nano toteaa ottamalla kaksi pientä sukkapuikon osaa käteensä ja tutkimalla sukkapuikon pätkien veto- ja poistovoimia.
Tankomagneetti synnyttää ympärilleen magneettikentän. Kaksi magneettia on vuorovaikutuksessa keskenään tämän kentän avulla. On sovittu, että magneettikentän suunnan ilmaisee kenttään asetettu kompassineula. Magneettikenttää havainnollistetaan kenttäviivoilla (voimaviivoilla). Ne ovat sulkeutuvia käyriä. Tankomagneetin ulkopuolella olevat kenttäviivat alkavat magneetin pohjoiskohtiosta ja päättyvät magneetin eteläkohtioon. Kenttäviivojen suunta ilmaisee siis kentän suunnan ja tiheys kentän voimakkuuden.
Tankomagneetin ympärille asetettujen kompassien pohjoiskohtiot osoittavat tankomagneetin magneettikentän suunnan.
Tankomagneetin päälle asetetulle lasilevylle on ripoteltu rautaviilajauhoa. Rautaviilajauhorakeet asettuvat magneettikentän voimaviivojen suuntaan.
Edellisten kokeiden perusteella voidaan päätellä magneettikentän voimaviivojen muoto ja suunta.
Maapallo on kuin suuri magneetti. Kompassin pohjoiskohtio osoittaa
suurin piirtein kohti pohjoisnapaa, joten siellä on Maan magneettinen
eteläkohtio. Vastaavasti Maan magneettinen pohjoiskohtio on siten etelänavan
lähellä. Maan magneettikentän arvellaan aiheutuvan sulan raudan virtauksesta
maapallon sisällä. Maapallon magneettiset kohtiot vaeltavat vähitellen ja
saattavat jopa ajoittain vaihtaa paikkaansa. Muutokset ovat olleet hyvinkin suuria. Tällä hetkellä Maan
magneettinen eteläkohtio on Kanadan pohjoisosissa. Tutkimalla valtamerten
pohjassa mannerlaattojen liitoskohdissa olevien mineraalien magneettikenttiä
on voitu päätellä, että Maan magneettikentän suunta on muuttunut noin puolen
miljoonan vuoden välein.
Maan magneettikentän voimaviivoja.
Maan magneettikenttä taltioituna sopivalle filmille avaruudesta.
Aineet, jotka magnetoituvat, koostuvat yksinkertaisen mallin mukaan useista pienistä "alkeismagneeteista". Kun tällaisesta aineesta valmistetun kappaleen lähelle tuodaan voimakas magneetti, alkeismagneetit suuntautuvat voimakkaan magneetin määräämällä tavalla. Kun magnetoitunutta kappaletta lämmitetään, alkeismagneettien suunnat muuttuvat. Aineita, jotka magnetoituvat, kutsutaan ferromagneettisiksi aineiksi. Niitä ovat esimerkiksi rauta, nikkeli ja koboltti.
Yksinkertaisen mallin mukaan aineessa olevat magneettiset alueet suuntautuvat aineen magnetoituessa.
Käytettävissäsi on kaksi tankomagneettia, iso rautanaula, pieniä rautanauloja, kuumennusvälineet.
– Aseta kompassineula telineeseen. Miten kompassineula asettuu työpöydälläsi? Tönäise neulaa, miten se asettuu nyt?
– Miksi magneetin kohtiot on värjätty eri väreillä (punainen ja valkoinen)? Miten kompassi toimii?
– Piirrä kuvasarja, joka havainnollistaa magneettien välisiä veto- ja poistovoimia.
– Tutki magneetin vaikutusta eri aineista valmistettuihin esineisiin. Luettele aineet, joihin magneetti vaikuttaa.
– Tutki, miten rautanaula tarttuu magneetin eri kohtiin (kohtiot, keskiosa, kärjet). Missä kohtaa magneetti on voimakkain?
– Magneetin voimakkuutta voidaan arvioida ripustamalla pieniä teräsnauloja peräkkäin magneetista. Tutki magneetin vaikutusta rautanauloihin. Mihin kohtaan magneettia voit ripustaa eniten rautanauloja?
– Tutki miten kaksi peräkkäin/ rinnakkain asetettua magneettia vaikuttavat magneetin voimakkuuteen. Laadi yhteenveto tutkimuksistasi.
Kirjoita selvitys siitä, kuinka teräsesine magnetoidaan ja kuinka magneettisuus poistetaan teräsesineestä.
13. Luettele esineitä, joiden osana on magneetti.
14. Estääkö juomalasi magneetin vetovoiman?
15. Kiinalaisten tiedetään käyttäneen vuoden 1000 aikoihin kompassia. Eurooppaan tieto ilmiöstä levisi vasta 1200 luvulla.
a) Mihin arvelet eurooppalaisten käyttäneen kompassia?
b) Minkälainen vaikutus kompassilla oli maailmanhistoriaan?
c) Miksi kompassi kääntyy pohjois- eteläsuuntaan?
16.Kiinalaiset osasivat myös magnetoida rautaesineen.
a) Kuinka rautaesine magnetoidaan?
b) Miten magneettisuus voidaan poistaa
rautaesineestä?
Kaikki kompassit näyttävät kohti pohjoista. Kompassin neula on pieni tankomagneetti ja se kääntyy Maan magneettikentän määräämällä tavalla.
Rauta- ja nikkeliesineet tarttuvat tankomagneettiin.
Tankomagneetin voimakkuutta voidaan tutkia siten, että ripustetaan magneettiin pieniä nauloja tai paperiliittimiä. Mitä pidempi ketju syntyy sitä voimakkaampi tankomagneetti on.
Tankomagneetin magneettikentän muodon saa selville asettaman tankomagneetin päälle piirtoheitinkalvon ja ripottelemalla kalvolle rautaviilajauhoa. Rautaviilajauhorakeet asettuvat magneettikentän kenttäviivojen (voimaviivojen) suuntaan. Kalvoa kannattaa naputella varovasti kynän avulla, jotta rautaviilajauhorakeet suuntautuvat paremmin.
Päivittäjä: malux-edu@helsinki.fi