Pole magnetyczne Ziemi

Ziemia działa jak ogromny magnes. Jej bieguny magnetyczne leżą blisko biegunów geograficznych. Dzięki temu można wyznaczać kierunki geograficzne za pomocą kompasu.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
1. Co już wiemy o magnesach?
Poznając ciała stałe, dowiedzieliście się, że niektóre z nich mają właściwości magnetyczne. Magnesy silnie oddziałują na siebie i na przedmioty wykonane np. z żelaza, stali kobaltu czy niklu. Nie oddziałują natomiast na takie substancje, jak aluminium, miedź, drewno i szkło.
Każdy magnes ma dwa bieguny - północny, oznaczany literą N, oraz południowy, oznaczany literą S. Bieguny jednoimienne, czyli północny z północnym (N-N) oraz południowy z południowym (S-S), odpychają się, natomiast bieguny różnoimienne, czyli północny z południowym (N-S), przyciągają się. Właściwości magnetyczne substancji wykorzystuje się m.in. w kompasach. Ich głównym elementem jest magnes w kształcie cienkiej, swobodnie obracającej się blaszki, nazywamy igłą magnetyczną.  

Głównym elementem kompasu jest igła magnetyczna

 2. Warto wiedzieć
Magnes można rozmagnesować, czyli pozbawić właściwości magnetycznych, poprzez wstrząsanie, uderzanie lub ogrzanie do określonej temperatury, nazywanej temperaturą Curie (czyt. kiri) Dla żelaza wynosi około 770 stopni C.

3. Jak otrzymać magnes? 
Naturalne właściwości magnetyczne wykazują zaledwie kilka substancji zawierających żelazo, nikiel lub kobalt nabiorą właściwości magnetycznych. Aby tak się stało, trzeba je namagnesować, czyli umieścić w pobliżu magnesu. Łatwo na przykład namagnesować opiłki żelaza. Wystarczy je rozsypać wokół magnesu sztabkowego wzdłuż linii krzywych. Przestrzeń, w której  zachodzą oddziaływania magnetyczne, jest nazywana polem magnetycznym. Linie, wzdłuż których układają się opiłki, to linie pola magnetycznego. Ich największe zagęszczenie obserwuje się przy biegunach. 

Linie pola magnetycznego wokół magnesu sztabkowego

 4. Krok po kroku
Jak wykonać najprostszy kompas? 
1. Przygotuj: stalowy gwóźdź, kawałek styropianowej tacki o wymiarach 3 cm x 1 cm, magnes sztabkowy, niebieski i czerwony flamaster, niewielką miskę z wodą, kompas.

2. Namagnesuj gwóźdź, przesuwając wzdłuż niego jednym z biegunów magnesu, zawsze w jedną stronę, tak jak pokazano na rysunku, przez ok. 2 min. Następnie odłóż magnes sztabkowy daleko od gwoździa, np. na koniec stołu. 

3. Jedną z dłuższych krawędzi styropianu zaznacz niebieskim flamastrem, a przeciwległą - czerwonym.

4. Połóż gwóźdź na styropianie w taki sposób, aby jego ostrze wystawało poza krawędź oznaczoną kolorem niebieskim. 

5. Ostrożnie połóż styropian z gwoździem na powierzchni wody. Po pewnym czasie zatrzyma się on w określonej pozycji. Ostry koniec gwoździa wskaże ci północ. Możesz porównać jego wskazanie ze wskazaniem kompasu. 

6. Obróć styropian z gwoździem o 90 stopni i puść. Styropian ponownie obróci się tak, że ostry koniec gwoździa wskaże północ. 

Ustawienie igły magnetycznej w polu magnetycznej Ziemi

 5. Dlaczego kompas wskazuje kierunek północ-południe?
Ziemia, podobnie jak magnes sztabkowy, wytwarza pole magnetyczne. Swobodnie obracająca się igła magnetyczna kompasu po pewnym czasie ustawia się wzdłuż linii pola magnetycznego Ziemi. Ponieważ bieguny różnoimienne przyciągają się, to północny biegun igły magnetycznej kompasu ustawia się w kierunku południowego bieguna magnetycznego Ziemi, a południowy biegun igły - w kierunku północnego bieguna magnetycznego Ziemi. Ziemskie bieguny magnetyczne znajdują się blisko biegunów geograficznych (choć się z nimi nie pokrywają). Dlatego północny biegun igły magnetycznej wskazuje w przybliżeniu północny biegun geograficzny, a południowy biegun igły wskazuje w przybliżeniu południowy biegun geograficzny. 

6. Czy igła magnetyczna zawsze wskazuje kierunek północ-południe?
Igła magnetyczna po odchyleniu wraca do swego pierwotnego położenia i wskazuje kierunek północ-południe. Jeśli jednak zbliżymy do niej magnes, to wskutek oddziaływań magnetycznych jej położenie się zmieni. Jej wskazania mogą zakłócić także stalowe konstrukcje, linie energetyczne oraz naturalne złoża minerałów, np. rudy żelaza.

7. Warto wiedzieć
Niektóre zwierzęta wykorzystują pole magnetyczne Ziemi do orientowania się w przestrzeni. Niektóre ptaki, m.in. gołębie i bociany, mają w mózgu niewielkie struktury o właściwościach magnetycznych. Dzięki nim ,,wiedzą'', gdzie się znajdują i nie błądzą, odbywając dalekie wędrówki.

8. Na własne oczy 
Jak działa kompas w pobliżu różnych przedmiotów?

Potrzebne materiały: Kompas, magnes sztabkowy, stalowy gwóźdź, metalowa łyżeczka do herbaty, nożyczki, ołówek, gumka do ścierania.

Przebieg doświadczenia: Połóż kompas na stole i poczekaj, aż igła magnetyczna się zatrzyma. Następnie zbliżaj do kompasu kolejne przedmioty.

Obserwacje: Zwróć uwagę, jak zmieniają się wskazania kompasu, gdy zbliżasz do niego poszczególne przedmioty.   

Wniosek: Samodzielnie sformułuj wniosek i zapisz w zeszycie. 

9. To najważniejsze!

• Wokół Ziemi istnieje pole magnetyczne. Magnetyczny biegun południowy Ziemi znajduje się w pobliżu północnego bieguna geograficznego, a magnetyczny biegun północny - w pobliżu południowego bieguna geograficznego.
• Igła magnetyczna kompasu oddziałuje z polem magnetycznym Ziemi, dlatego wskazuje kierunek północ-południe.
• Działanie kompasu mogą zakłócić inne magnesy, przedmioty wykonane ze stali, linie energetyczne oraz złoża rud żelaza. 

10. Czy wiesz, czy umiesz?
1. Wyjaśnij, w jaki sposób wyznaczyć bieguny niepomalowanego magnesu, mając do dyspozycji magnes sztabkowy. 
2. Wyjaśnij, dlaczego igła magnetyczna kompasu wskazuje kierunek północ-południe.
3. W powieści Juliusza Verne'a (czyt. werna) Piętnastoletni kapitan przebiegły Negoro podłożył siekierę pod kompas. Wyjaśnij, dlaczego od tego momentu statek, zamiast płynąć na wschód, popłynął na południowy wschód. 
*4. Jak ustawiłaby się igła kompasu, gdyby znalazła się na północnym biegunie magnetycznym Ziemi i miała pełną swobodę ruchu w przestrzeni?