Domů > Odborné články > Gymnaziální vzdělávání > Diamagnetismus a paramagnetismus jednoduše
Odborný článek

Diamagnetismus a paramagnetismus jednoduše

2. 9. 2011 Gymnaziální vzdělávání
Autor
Jaroslav Reichl

Anotace

Magnetické vlastnosti různých materiálů se hojně využívají v praxi. Proto by žáci měli chápat rozdíl mezi diamagnetickými a paramagnetickými látkami. Rozdílné chování těchto látek ve vnějším magnetickém poli lze předvést jednoduchým epxerimentem.

Magnetické vlastnosti látek našly řadu použití v praxi (magnetický záznam audio- nebo videosignálu, záznam dat v počítači, snímače fyzikálních veličin, …). Proto by i žáci středních škol, resp. studenti technicky zaměřených vysokých škol měli znát základní vlastnosti diamagnetických a paramagnetických látek, aby věděli, jak výše uvedené přístroje fungují. 

Příprava experimentu 

K vlastnímu experimentu budeme potřebovat dvě krabičky od filmu (nebo od léků), nit, silnější drát, silnější magnet (např. neodymový magnet), kleště, vodu a modrou skalici (viz obr. 1, na kterém není zobrazena voda a modrá skalice). Všechny tyto pomůcky jsou velmi dobře dostupné: silné magnety lze koupit za několik desítek korun a modrou skalici (síran měďnatý) lze zapůjčit v chemické laboratoři. Pro tento experiment nejsou vhodné skleněné nádobky (např. od léků), které jsou vyrobeny ze silného skla, neboť silná vrstva skla ovlivňuje účinky magnetu na vodu, resp. modrou skalici.

Pomůcky nutné k experimentu
1. Pomůcky nutné k experimentu
Autor: Jaroslav Reichl

Ze silnějšího drátu odstřihneme část o délce přibližně 40 cm, krabičku od filmu ovineme jedním koncem drátu a kleštěmi zajistíme drát proti uvolnění. Druhý konec drátu stejným způsobem ovineme kolem druhé krabičky a na drát přivážeme nit o délce přibližně 50 cm. Nit je vhodné vést kolem drátu dvojitě (viz obr. 2), aby ji bylo možné zavěsit později na stojan. Nit k drátu nepřivazujeme napevno. Do jedné z krabiček od filmu nalijeme vodu, do druhé nasypeme síran měďnatý a právě vyrobené vahadlo zavěsíme na stojan tak, aby bylo v rovnovážné poloze (viz obr. 3 a obr. 4). Těžiště vahadla najdeme experimentálně posunem úvazu niti po drátu tvořícím vahadlo.

Vyrobené vahadlo
2. Vyrobené vahadlo
Autor: Jaroslav Reichl

 

Vahadlo zavěšené na stojanu
3. Vahadlo zavěšené na stojanu
Autor: Jaroslav Reichl

 

Vahadlo zavěšené na stojanu
4. Vahadlo zavěšené na stojanu
Autor: Jaroslav Reichl

Provedení experimentu a jeho vysvětlení 

Stojan se zavěšeným vahadlem postavíme na stůl, necháme vahadlo ustálit v rovnovážné poloze a připravíme si silnější magnet. Experiment provedeme ve dvou krocích.

V prvním kroku experimentu opatrně přiblížíme magnet držený v ruce ke krabičce s vodou (viz obr. 5). Rukou s magnetem je nutné pohybovat pomalu a opatrně, abychom nevytvořili vzdušné proudy, které by mohly vahadlo rozhýbat. Budeme-li opatrně přibližovat magnet ke krabičce s vodou, bude se krabička od magnetu odpuzovat. Abychom vyvrátili možnost náhodného pohybu vahadla, vliv torze závěsu, …, zopakujeme experiment tak, že se přiblížíme ke stejné krabičce z druhé strany. Tato část experimentu bude náročnější, neboť budeme muset s magnetem couvat před pohybující se krabičkou, ale přitom musí být vzdálenost magnetu od krabičky co možná nejmenší. Budeme-li trpěliví, během několika sekund se nám podaří vahadlo zastavit a uvést jej do pohybu opačným směrem: krabička s vodou se tedy bude stále od magnetu odpuzovat. Tím jsme prokázali, že voda patří mezi diamagnetické látky, které zeslabují magnetické pole a od magnetu se tedy odpuzují. V tabulkách můžeme najít hodnotu relativní permeability vody 0,999991; voda je velmi málo diamagnetická, ale přesto se tato její vlastnost při popsaném experimentu projeví.

Průběh experimentu
5. Průběh experimentu
Autor: Jaroslav Reichl

Ve druhém kroku experimentu budeme postupovat analogicky jako v prvním. Tentokráte ale budeme opatrně přibližovat magnet ke krabičce s modrou skalicí (síran měďnatý). Tato krabička se bude k magnetu přitahovat, což opět ukážeme přiblížením magnetu z jedné a ze druhé strany krabičky. Podíváme-li se do matematicko-fyzikálních tabulek, zjistíme, že relativní permeabilita mědi je 0,999990. Krabička se síranem měďnatým (ve kterém měď je) by se tedy měla od magnetu odpuzovat! Ovšem je nutné si uvědomit, že síran měďnatý obsahuje i jiné prvky než pouze měď, a dále že magnetické vlastnosti závisejí nikoliv pouze na daném prvku, ale na vazbě a struktuře, v jaké se vyskytuje. Síran měďnatý tedy patří mezi paramagnetické látky.

Právě popsaným experimentem tedy můžeme ukázat příklady látek, které jsou diamagnetické a které jsou paramagnetické. Ačkoliv relativní permeability obou látek, které jsme použili k experimentu, jsou blízké jedné, lze rozdíl mezi nimi ukázat. Pokud bychom měli k dispozici ještě i čistou měď, bylo by srovnání měď – síran měďnatý názornější.

Vyrobené vahadlo zavěšené na niti na stojanu lze též využít k zopakování pojmů z mechaniky: rovnovážná poloha, moment sil, moment setrvačnosti, těžiště a k praktickému použití momentové věty.

Licence

Všechny články jsou publikovány pod licencí Creative Commons BY-NC-ND.

Autor
Jaroslav Reichl

Hodnocení od recenzenta

Tým RVP.CZ
2. 9. 2011
Důležitá fyzikální fakta jsou prezentována srozumitelně a ověřována jednoduchými, pro školní praxi snadno dostupnými, experimentálními prostředky.

Hodnocení od uživatelů

Článek nebyl prozatím komentován.

Vaše hodnocení

Ohodnoťte hvězdičkami:

Váš komentář

Pro vložení komentáře je nutné se nejprve přihlásit.

Článek není zařazen do žádného seriálu.

Klíčové kompetence:

  • Gymnázium
  • Kompetence k řešení problémů
  • vytváří hypotézy, navrhuje postupné kroky, zvažuje využití různých postupů při řešení problému nebo ověřování hypotézy;

Organizace řízení učební činnosti:

Frontální, Skupinová

Organizace prostorová:

Školní třída

Nutné pomůcky:

silnější drát, nit, voda, modrá skalice, magnet, stojan