Manual för experiment

Manual för experiment
Magnet och Kompass nr 53494
1
2
Rekommenderas för elever mellan 6 – 10 år
Innehåll
Lista på komponenter
Illustrerat packningsschema
1
Särskilda inlärningsmål
2
Experiment
2.1
Experiment 1: Magneten har en kraft, vi kallar den för magnetisk kraft
2.2
Experiment 2: Vissa objekt attraheras av en magnet, andra inte
2.3
Experiment 3: Magnetiska krafter tränger igenom många material
2.4
Experiment 4: Vissa magneter har mer kraft, vissa har mindre kraft
2.5
Experiment 5: Magnetpolerna
2.6
Experiment 6: Polregler
2.7
Experiment 7: Magneterna kan attrahera och stöta bort varandra
2.8
Experiment 8: Den korrekta termen för magnetiska poler
2.9
Experiment 9: Att bygga en kompass
2.10
Experiment 10: Kompass nålen riktar in sig i nord-sydlig riktning
2.11
Experiment 11: En fritt rörlig magnet riktar alltid in sig i nord-sydlig riktning
2.12
Experiment 12: Även kompassnålen är en magnet
2.13
Experiment 13: En kompassnål kan dras från en nord-sydlig position med en magnet
2.14
Experiment 14: Magnetisering av en garnsticka
2.15
Experiment 15: Garnstickan som kompass nål
2.16
Experiment 16: Förberedande övningar för att använda en kompass
2.17
Experiment 17: Montering av en kompass
2.18
Experiment 18: Att använda en orienteringskompass med en karta
3
Underliggande principer
4
Lagring och hantering av magneter
3
Lista på komponenter
Illustrationer
Kvantitet
1
2, 3
5
6
7
8
9
10
14
17
21
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
2
1
2
1
1
15
15
15
200
15
2
15
15
15
4
11
12
13
15
16
18
19
20
22
15
15
1
1
15
15
15
15
15
15
Beskrivning
Undervisning i ämnet ”Magnet”
Magnetskiva, Ø 30 mm.
Hästskomagnet, Ø120 mm
Klämmor för att hänga upp stavmagneten, 200 mm
Magnetisk dörr - stängare
Spole med tråd, 50 m
Stavmagneter, med rödmarkerad nord pol, 23 mm
Stavmagneter, utan markeringar, 23 mm
Provrör i plast, 100 mm
Stålstift
Minivagn för stavmagneterna
Stora stavmagneter, 200 mm
Flytande plattformar för stavmagneter
Sats med röda klistermärken
Plastlådor innehållande:
1 järnplåt
1 kartongark
1 tygstycke
1 kopparplåt
1 radergummi
10 nubb
2 aluminiumnitar
1 träskiva
1 sten
12 gem
6 järnskruvar
1 mässingsplåt
Undervisning i ämnet ”Kompass”
Flytande plattform för kompassnålar
Garnstickor av stål, 210 mm
Ett set med reservdelar
Orienteringskompass
Kompassnålar, 35 mm
Mässingslager för kompassnålar, Ø0,6 mm
Plastboxar (att lägga kompassen i)
Förvaring för kompassnålen, 1,8 mm
Kompasskort, 2 mm med hål
Vattenbehållare, 150 mm x 140 mm
4
23
38
39
15
15
15
Kompasskort, 0,7 mm med hål
Ställ för små magneter
Magnethållare för upphängning av små stavmagneter
1
1
Experimentbeskrivning/manual för ”Magnet och Kompass”
Förvaringsplan för ”Magnet och Kompass”
Bifogat tryckt material
5
Förpacknings schema
6
1 Särskilda inlärningsmål
Magneter










Magnetens dragningskraft
Magneten utövar en kraft mera känd som ”magnetisk dragningskraft”
Magneten drar till sig vissa saker och inte andra
Magneten drar till sig saker som är gjorda av järn
En magnet kan ha olika former
Vissa magneter har mer kraft och andra mindre kraft
Den magnetiska kraften är starkast i slutet på magneten
Den magnetiska kraften räcker ett visst avstånd
Den magnetiska kraften verkar genom många material
Likadana ändar på två magneter stöter bort varandra. Olika ändar på två magneter, dras till
varandra.
Magnetens delar
 De två viktigaste delarna på en kompass är kompassnålen och kompasskortet. Kortet markerar
grundpunkten på kompassen
 Kompassnålen riktar in sig i nord-sydlig riktning. En kompass kan användas för att hitta de fyra
väderstrecken.
 En kompass kan användas till att orientera sig på en karta
 En kompassnål är magnetisk. Kompassnålen är även känd som den ”magnetiska nålen”
 Varje magnet har två poler (magnetiska poler). Kraften från en magnet är störst vid varje pol
 Varje magnet har en nordpol och en sydpol
 Poler med samma namn stöter bort varandra, olika dras till varandra
 Kompassnålen kan ändras ur sin norr/ söder position av en annan magnet
 Stryk en stålsticka med en magnet, och nålen blir magnetisk. Denna procedur kallas
”magnetisering”
2 Experiment
2.1 Experiment 1
Magneten har en kraft, vi kallar den för magnetism
Lägg några nubb på ett bord. Sätt magneten mot nubben, och
då dras nubben mot magneten.
Den magnetiska kraften visar sig mellan magneten och nubben.
Material: 1 stavmagnet utan markering (9)
några nubb (31)
7
2.2 Experiment 2
Vissa föremål dras till magneten och andra inte
Håll magneten mot små föremål i lådan. Den magnetiska kraften
visar sig mellan magneten och gemen, nubben, järnskruvarna och
järnplåten. Den finns inte mellan magneten och aluminiumnitarna,
tygstycket, träskivan, radergummit, stenarna, kartongarket,
kopparplåten och mässingsplåten.
Magnetkraften finns endast mellan magneten och föremål som är
gjorda av järn eller där järn ingår.
Material: 1 stavmagnet utan markering (9)
1 låda med små föremål(25-37)
2.3 Experiment 3
Magnetiska krafter går igenom många material
Hålla flera material mellan magneten och en nubb.
Magnetkraften kommer att passera genom material som inte
innehåller järn.
Material: 1 stavmagnet med röd nordpolsmarkering (8)
1 stavmagnet utan markering (9)
1 låda med små föremål (25-37)
2.4 Experiment 4
Vissa magneter har mer kraft, andra magneter har mindre kraft
Häng upp gemen på magneterna, en efter en, som en kedja.
Desto starkare magnetkraften är på magneten, desto fler gem kan
man hänga upp efter varandra.
Material: 1 stavmagnet utan markering (9)
5 nubb (31)
5 gem (35)
8
2.5 Experiment 5
Magnetpolerna
Undersök vilken del av magneten som har den starkaste
magnetkraften. Försök plocka upp nubb med en stavmagnet. De
flesta av nubben kommer att sitta fast på magneten.
Kontrollera resultatet med ett gem. Håll den på flera olika delar av
magneten. Mitten på magneten finns det ingen dragningskraft,
gemet dras hela tiden till ändarna på magneten. De ändar med de
starkaste krafterna kalas poler.
Material: 1 stavmagnet med röd nordpols-markering (8) eller
1 stav magnet utan markering (9)
5 nubb (31)
5 gem (35)
Demonstrationsmaterial:
1 hästskomagnet (3)
1 stor stavmagnet, 200 mm (21)
2.6 Experiment 6
Polregler
Försök att få de två magneterna tillsammans, ändarna mot
varandra. Beroende på vilken ände man vänder mot magneten
för att dra till sig (olika ändar/poler) eller stöter ifrån varandra
(lika ändar/poler). Den röda märkningen är också nordpol för
den andra magneten. Sätt de färgade ändarna (lika poler) på
magneterna mot varandra. De stöter bort varandra.
Med hjälp av ett provrör kan man låta två stav magneter glida
mot varandra med samma pol mot varandra.
Material: 1 stavmagnet med röd nordpols-markering (8)
1 stavmagnet utan markering (9)
1 provrör (10)
1 röda klistermärken (-)
2.7 Experiment 7
En magnet kan dra till sig eller stöta bort en annan magnet.
En magnet placeras i vagnen. Med den andra magneten, försök
sedan att flytta vagnen i någon riktning utan att röra den.
9
Vagnen ”dras” eller ”skjuts”, beroende på vilka poler som man riktar mot varandra.
Denna övningen kan göras mer intressant genom att föreskriva en viss väg som vagnen ska färdas på.
Material: 1 stavmagnet med röd nordpols-markering (8)
1 stavmagnet utan markering (9), markerad med rött klistermärke(-)
2 vagnar (17)
2.8 Experiment 8
Den korrekta termen för magnetiska poler
Sätt fast magneten i magnethållaren och häng upp båda på
stativet så att de kan röra sig fritt. När kompassen har stannat,
placera orienteringskompassen bredvid, med lite avstånd
mellan dem, och kompassnålen riktas mot norr. Nu kan man se
att magneten också anger nord-sydlig riktning.
När kompassnålens visare pekar mot norr, kan man på änden av
magneten sätta ett klistermärke för att markera den magnetiska
polens nordände.
Material: 1 stavmagnet utan markering (9)
1 orienteringskompass
1 hållare
1 magnethållare
1 klistermärke
2.9 Experiment 9
Att konstruera en kompass
För mässinglagret igenom hålet i kompasskortet från undersidan.
Placera kompassnålen på toppen av lagret så att nålen kan röra sig
fritt. Jämför denna egenhändigt konstruerade kompass med en
orienteringskompass. Båda kompassnålarna pekar åt samma håll.
Kompassnålen och kompasskortet är de viktigaste kompassdelarna. Kompasskortet markerar kardinalpunkterna d v s
N (Norr), S (Syd), Ö (Öst), V (Väst) på kompassen och nålen
anpassar sig till jordens magnetfält och anger nord-syd axlen i
orienteringen.
Om man förvarar dem länge så kan kompassnålen visa fel. Den anpassar sig inte längre till rätt riktning.
För att förnya magnetiseringen - stryk nordpolen på nålen (röd markering) från mitten av sydpolen (icke
färgade änden) med stavmagneten.
Material: 1 orienteringskompass (13)
1 kompassnål (15)
1 mässingslager (16)
1 kompasskort (23)
10
2. 10 Experiment 10
Kompassnålen orienterar sig själv i nord-sydlig riktning
Vrid kompasskortet under den konstruerade kompassen tills
den röda änden (den norra magnetiska polen) på kompassnålen
precis över ”N” (norr) pricken på kortet.
Vi kallar denna procedur ”hitta norr”. Efter att man har hittat
norr, så kan man även hitta kardinalpunkter för öst, väst och syd
på kortet.
är
syd
Material: 1 kompassnål (15)
1 mässingslager (16)
1 kompasskort (23)
2.11 Experiment 11
En fritt rörlig magnet hittar alltid till riktningen nord-sydlig
Fyll kärlet med vatten och placera en flytande plattform med
magneten på toppen. Magneten vänder sig till nord-sydlig
riktning.
Placera kompasskortet försiktig i vattnet under den flytande
plattformen med magneten på, så att ”N” är precis under den
markerade polen på magneten.
Material: 1 stavmagnet med röd nordpol-markering (8)
1 vattenkärl (22)
1 kompasskort (23)
1 flytande plattform (24)
2.12 Experiment 12
En kompassnål är också en magnet
Konstruera två kompasser. Placera de två monterade
kompasserna bredvid varandra, men med mellanrum mellan
dem. Den magnetiska kompassnålen orienterar sig själv till
nord-sydlig riktning.
Genom att flytta kompasserna närmare varandra, vänder
kompassnålarna sig och rör varandras markerade och omarkerade ändar. Olika poler dras till varandra.
Material: 2 kompassnålar (15)
2 mässingslager (16)
2 kompasskort (23)
2.13 Experiment 13
11
Kompassnålen kan dras från sin nord-sydliga sökningsposition av en magnet
Kompasskortet är i nord-sydlig riktning. Led den syd-magnetiska
polen i stavmagneten runt omkring kompassen.
Nordänden på kompassnålen och sydpolen på magneten dras till
varandra.
Ställ en liten stavmagnet på änden (den röd markerade
nordpolen ska vara upp) och för kompassen runt magneten.
Sydpolen på kompassnålen pekar alltid på en uppåtriktad nordpol
på en stavmagnet.
Material: 1 stavmagnet, röd nordpolsmarkering (8)
1 kompassnål (15)
1 mässingslager (16)
1 kompasskort (23)
2.14 Experiment 14
Magnetisering av en garnsticka
Konstruera en kompass. En stavmagnet stryks cirka 15 – 20
gånger i samma riktning längs hela garnstickan.
Ett test med hjälp av kompassen för att se om stickan har blivit
magnetiserad: en ände av stickan hålls mot norrsöknings änden, sedan mot södersöknings-änden av kompassnålen.
Endast en mycket liten attraktion eller avvisning kan
förekomma, stickan skall vändas och hållas horisontal.
Genom att långsamt flytta längden på stickan i sidled mot norr
eller söder änden av kompassnålen, kan man se
att kompassnålen, i ena fallet, drar till sig och i andra fallet,
avvisar stickan.
Material: 1 stavmagnet med röd nordpols-markering (8) eller
1 stavmagnet utan markering (9)
1 garnsticka (11)
1 kompassnål (15)
1 mässingslager (16)
1 kompasskort (23)
2.15 Experiment 15
12
Garnsticka som kompassnål
Konstruera en kompass. När man har magnetiserat en
garnsticka, se under experiment 14, hängs den upp i mitten
med hjälp av en tråd och detta blir som en kompassnål d v s
den kommer att hitta nord-syd läge. Kontrollera med en
kompass.
Material: 1 spole med tråd (7)
1 garnsticka (11)
1 kompassnål (15)
1 mässingslager (16)
1 kompasskort (23)
2.16 Experiment 16
Förberedande övningar för användning av en kompass
Placera kompasskortet i ett kärl fullt med vatten. Placera
kompassnålen på den flytande plattformen och lägg allt i
vattenkärlet. Vänd kärlet tills norr på kompasskortet
motsvarar den markerade nordpolen på kompassnålen.
Finn riktningen genom att vrida vattenkärlet, vilket motsvarar
när man vrider kompasshuset till ”N”, på kompasskortet.
Material: 1 flytandeplattform för kompassnål (4)
1 kompassnål
1 vattenkärl
1 kompasskort
2.17 Experiment 17
Montering av kompasser
Egenhändigt monterade orienteringskompasser måste
uppfylla följande villkor:
 Kompassnålen ska röra sig fritt; det måste vara en
magnet.
 Kompassen behöver ett skydd som skyddar
kompassnålen, kompasshuset. Toppen av skyddet bör
vara genomskinligt.
 Kompassnålen ska inte glida bort från sin centrala
fattning.
 Skyddet ska ej innehålla järn
13
Med dessa villkor kontrolleras materialet och monteringen av kompassen. Om kompassnålen dras mot
skyddet (elektrostatisk laddning) ta då övningskompassen i händerna och andas flera gånger på skyddet.
Om det behövs, ta bort locket på skyddet när man vrider kompassen mot norr.
Material: Övningskompassens delar, inklusive:
1 kompassnål (15)
1 kompassskydd (18)
1 lager för kompassnål (19)
1 kompasskort (20)
2.18 Experiment 18
Att använda en orienteringskompass med en karta
Kompassen används för att fastställa en viss riktning. Kompasskortet
för en orienteringskompass skiljer sig en del från det kompasskort
som användes tidigare: skalan indelas i grader (börjar i norr medurs
0˚ till 360 ˚). Den magnetiska kompassnålen anpassar sig till jordens
magnetfält och anger nord-sydlig riktning.
Innan man använder orienteringskompass, måste man först hitta
”Norr”. Efter att man har hittat ”Norr” så kan man enkelt lära sig
kardinalpunkterna d v s N, Ö, S, V för att bestämma riktningen och
motsvarande grader på skalan. Kompasshuset vrides och det krävs
en steg för steg justering så graderna på orienteringskompassen
anpassas.
Orienteringskompassen har en stor fördel, att efter justeringen, så
kan fortfarande rätt riktning anges när du har kompassen i fickan
under vandringen. Även om man förlorar punkten på sin destination
på grund av att man t ex är i en tät skog, så kan man ta upp
kompassen ur fickan igen, grader och riktning kan man läsa av på
den justerade kompassen och sedan släppa justeringarna för norr
och den exakta riktningen kan hittas igen genom att vrida
kompasshuset fram till den norra delen av den magnetiska
kompassnålen så att den motsvarar norr igen på kompasskortet.
Ibland är det nödvändigt att använda kompassen i kombination med en karta. Även på karten är det
nödvändigt att först hitta norr. Tillämpningssättet för att hitta norr på kartan är mycket begripligt, om man
anser att varje karta är ett stort ”illustrerat kompasskort”; Norr är beläget på toppen av kartan, Öster är till
höger, Söder är ner på karten och Väster är till vänster.
Placera kompassen på kartan och vrid kartan tills norr på kartan och kompassen sammanfaller. Nu kan man
igen läsa riktningen på graderingsskalan på kompassen. En övning för eleverna är att försöka hitta
kardinalpunkterna i klassrummet; t ex att fönstret är vänt mot väster, väggen på motsatta sidan av svarta
tavlan är mot söder etc.
14
3 Underliggande principer
Det har varit känt sedan år 585 f.Kr. (Thales von Milet) att magnetiska krafter (eller magnetism) finns
mellan vissa malmer och material som innehåller järn, nickel och kobolt. Kunskapen om att magnetiska
krafter kan tränga in i annat material har dokumenterats i text redan omkring 80 f.Kr. (Lucretius,
Augustinus cirka 420 A.D.)
Förr i tiden var magneterna gjorda främst av järn och stål. Den typ av magneter som behåller sina
magnetiska egenskaper väldigt länge, kallas de för permanenta magneter. Järn förlorar sina magnetiska
egenskaper efter en viss tid. Därför, utvecklades permanenta magneter ur olika legeringar.
Det finns ett magnetfält runt varje magnet. Detta fält är starkast närmast polerna. Kraften minskar med
avståndet från magneten. Magnetfältet passerar genom material som inte attraheras av magneterna, t ex
genom luft, papper och trä etc.
Magneten är som en pol: lika poler stöter bort varandra, till skillnad från olika poler som dras till varandra.
(pol-lagen)
Vid den praktiska användningen av en magnet som en kompass, är pol-lagen mycket viktig.
Redan innan 841 f.Kr.berättas från Kina om en magnetisk kompass. Skrivna källor säger att araberna kände
till den magnetiska kompassen under 800-talet. På Island och i Frankrike så använde man sjö-kompass
under 1200-1300-talet. En magnetisk sten var fäst i mitten på ett träkors, denna konstruktion placerade
man sedan på vattnet och på något vis så vred träkorset på sig så att kardinalpunkterna kunde avläsas.
Runt 1300 så blev den magnetiska nålen kompletterad med ett kompasskort. En kompass från 1451 kunde
redan då visa magnetiska deklinationer (avvikelser).
Riktningen av den magnetiska nålen styrs av markbunden magnetism. Jorden är omringad av magnetiska
fält vilket liknar det som en stavmagnet har. Jordens magnetpoler är inte identiska med de geografiska.
Positionerna förändras under tiden. Skillnaden mellan kompassnålens och den riktiga norr- och
sydriktningen kallas magnetisk deklination. Den geografiska platsen för observationen är en annan faktor
som påverkar deklinationen.
Den magnetiska kraften kan överföras till material gjort av järn, nickel och kobolt (magnetisering).
Beroende på materialet, så kan magnetismen bibehållas under en längre eller kortare tid. Men den avtar
snabbt, t ex, i mjukt järn, även om magnetiska spår (magnetiska rester) alltid kan hittas. Däremot, stål
behåller magnetism mer eller mindre permanent – och blir en permanent magnet. Starka vibrationer och
värme kan förstöra magnetismen – materialet blir avmagnetiserat.
4 Förvaring och hantering av magneter
Man bör undvika att slå på magneterna och att låta dem falla. Magneterna förvaras bäst i ett provrör, där
olika poler placeras tillsammans. Magneter bör – om möjligt - hållas borta från andra experimentella
material som järn.
15
Försiktighetsåtgärder:

Att närma sig en magnet mot en annan magnet eller föremål som
innehåller magnetiska material väldigt försiktigt för att undvika plötsliga
rörelser och möjlig klämning.

Att inte exponera verktyg av metall etc. till det magnetiska fältet

Använd skyddsglasögon! Fallande magneter kan splittras vid ett fall.

Personer med pacemaker ska inte utsätta sig för det magnetiska fältet

Elektronisk utrustning eller dataregister (t. ex. hårddiskar) måste hållas
borta från det magnetiska fältet.
16