Projekty lewitacji magnetycznej dla dzieci

To nie ptak, samolot ani nawet Superman; to pociąg z pociskami. Pociąg maglev lewituje nad ziemią i jest napędzany z prędkością do 300 mil na godzinę przez potężne elektromagnesy nadprzewodzące. Eksperymentowanie z modelami maglev i innymi projektami lewitacji magnetycznej to dobry sposób na poznanie przez dzieci magnetyzmu i elektryczności.

•••Fotodysk/Fotodysk/Getty Images

Ferromagnetyzm to naturalna siła wytworzona przez ruch elektronów. W większości pierwiastków wirujące elektrony są sparowane z innymi elektronami poruszającymi się w przeciwnym kierunku. Niektóre metale, takie jak żelazo, mają większość swoich elektronów poruszających się w tym samym kierunku. Tworzy to pole linii siły magnetycznej, które można zademonstrować za pomocą opiłków żelaza i magnesu trwałego. Według Georgia State University, metale przyciągane przez pole magnetyczne nazywane są metalami ferromagnetycznymi.

Sposobem na zademonstrowanie przyciągania metali do pola magnetycznego jest wykonanie eksperymentu z pływającym spinaczem do papieru. Uczeń przyczepia magnes trwały do ​​metalowego wspornika zamontowanego na półce lub pudełku. Następnie przywiąże kawałek sznurka do spinacza do papieru i umieści go pod magnesem. Magnes powoduje, że spinacz do papieru podnosi się i unosi na końcu sznurka. Dzieci mogą przetestować siłę przyciągania magnetycznego, pociągając za sznurek, aby zobaczyć, jak daleko od magnesu unosi się spinacz do papieru.

Diamagnetyzm to odpychanie magnetyczne. Grafit, niektóre metale, takie jak ołów i bizmut oraz prawie wszystkie materiały organiczne są diamagnetyczne, ponieważ odpychają siły magnetyczne. Wszystkie materiały organiczne wykazują słabą siłę diamagnetyczną, która odpycha magnetyzm. Jeden z eksperymentów, który graficznie to pokazuje, wykorzystuje żywą żabę zawieszoną nad potężnym elektromagnesem, zgodnie z High Field Magnetic Laboratory.

Dzieci mogą zademonstrować odpychanie diamagnetyczne, budując projekt lewitacji małego magnesu ziem rzadkich między dwiema grafitowymi płytami. Możesz kupić części do projektu jako zestaw lub zbudować własne. Dwa kawałki grafitu pirolitycznego są zamontowane na drewnianej ramie, a pod nimi zawieszona jest seria niedrogich magnesów pierścieniowych, aby przeciwdziałać sile grawitacji działającej na eksperyment. Mały magnes ziem rzadkich jest następnie umieszczany pomiędzy płytami grafitowymi, gdzie będzie się unosił, gdy jest odpychany przez grafit.

•••Jupiterimages/Photos.com/Getty Images

Prosty projekt demonstrujący lewitację magnetyczną wykorzystuje sześć magnesów pierścieniowych, ołówek i trochę plasteliny. Niech dzieci przymocują cztery magnesy-pierścienie do płaskiej powierzchni za pomocą plasteliny. Upewnij się, że magnesy są rozmieszczone w równej odległości od siebie i mają tę samą polaryzację do góry. Na ołówku umieszcza się dwa magnesy-pierścienie, tak aby były w takiej samej odległości od siebie, jak dwie pary magnesów na płaskiej powierzchni. Przymocuj kartę do gry do blatu za magnesami za pomocą gliny, aby ołówek mógł się o nią oprzeć. Dzieci mogą teraz umieścić ołówek nad magnesami w kształcie pierścienia i obserwować, jak lewituje nad blatem stołu.

Pola magnetyczne o tej samej polaryzacji odpychają się nawzajem. Jeśli umieścisz bieguny północne dwóch magnesów blisko siebie, odepchną się one od siebie. Podobna koncepcja jest stosowana w pociągach maglev w Europie, Japonii i Chinach.

Dzieci mogą zbudować własne modele pociągów maglev, korzystając z magnesów paskowych, taśmy teflonowej i pianki polistyrenowej. Magnesy taśmowe są przyklejone do kawałka styropianu z tą samą polaryzacją skierowaną do góry, a tor jest otoczony ściankami z większej ilości styropianu. Pociąg to kawałek pianki z magnesami trwałymi przyklejonymi na spodzie z taką samą polaryzacją skierowaną w dół, jak tor ma skierowaną do góry. Umieść pociąg na torze i delikatnie popchnij go, aby poszybował po torze. Taśma PTFE wzdłuż ścian sprawia, że ​​pociąg ślizga się płynniej.