درسنامه آموزشی علوم تجربی کلاس هشتم

بسیاری از دانش‌آموزان شیفتهٔ آهن‌ربا هستند. شاید بیشتر به این سبب که آهن‌ربا از دور عمل می‌کند. به کمک آهن‌ربا می‌توان میخی در نزدیکی آن را حتی وقتی یک تکه چوب بین آنها باشد به حرکت در آورد؛ به همین ترتیب، یک چشم پزشک می‌تواند براده‌های آهن را از چشم بیمار خارج کند. در این فصل خواهیم دید که فقط آهن‌ربا نیست که در اطرافش خاصیت مغناطیسی وجود دارد. سیم حامل جریان نیز در اطراف خود خاصیت مغناطیسی ایجاد می‌کند.

می‌دانیم آهن‌رباها برخی مواد را جذب می‌کنند. ما از همین خاصیت برای چسباندن یک برگهٔ کاغذ روی بدنهٔ یخچال استفاده می‌کنیم. دور تا دورِ در یخچال‌ها نیز آهن‌رباهایی وجود دارد که سبب بسته شدن آن می‌شود. بسیاری از اسباب‌بازی‌های الکتریکی با استفاده از خواص مغناطیسی طراحی و ساخته می‌شوند. بلندگوها، دینام دوچرخه، موتور ماشین لباسشویی و ... بر اساس ویژگی‌های مغناطیسی کار می‌کنند.

قطب‌های آهن‌ربا

در علوم دورهٔ ابتدایی دیدیم، وقتی آهن‌ربا را به ظرف گیره‌های کاغذی یا جعبهٔ میخ‌های کوچک نزدیک می‌کنیم، گیره‌ها یا میخ‌ها جذب آهن‌ربا می‌شوند و بیشتر گیره‌ها یا میخ‌ها به دو سر آهن‌ربا می‌چسبند. این قسمت‌ها را که خاصیت مغناطیسی (آهن‌ربایی) قوی‌تری دارند، قطب‌های آهن‌ربا نامیدیم. همچنین دیدیم که اگر یک آهن‌ربای تیغه‌ای را با نخی آویزان کنیم، طوری که به راحتی بتواند بچرخد، همواره یکی از قطب‌ها به طرف شمال جغرافیایی و قطب دیگر به طرف جنوب جغرافیایی می‌ایستد. قطبی را که به سمت شمال جغرافیایی می‌ایستد، قطب شمال یا قطب N نامیدیم و قطبی را که به سمت جنوب می‌ایستد، قطب جنوب یا قطب S نام‌گذاری کردیم.

فعالیت (صفحهٔ 90 کتاب درسی)

 

الف) همانند شکل با استفاده از خمیر بازی، مداد و آهن‌ربای نعلی شکل قطب شمال و جنوب را پیدا کنید (شکل الف).

آهنربای نعلی شکل را روی مداد قرار داده پس از چرخیدن در راستای شمال و جنوب می‌ایستد به طوری که شاخه N آن به سمت شمال و شاخه S آن به سمت جنوب می‌ایستد.
ب) به کمک یونولیت و یک آهن‌ربای تیغه‌ای کوچک و ظرف آب یک قطب‌نمای ساده بسازید (شکل ب).

داخل یک ظرف آب ریخته یک تکه یونولیت را داخل آب قرار داده آهن‌ربای تیغه‌ای را روی آن قرار می‌دهیم. آهن‌ربا همراه با یونولیت شروع به چرخیدن می‌کند و در جهت شمال و جنوب می‌ایستد.

فعالیت (صفحهٔ 90 کتاب درسی)

 

با استفاده از آهن‌ربا و وسایل زیر، مواد را به دو دسته تقسیم‌بندی کنید. موادی را که جذب آهن‌رباها می‌شوند مواد مغناطیسی و بقیه را غیر مغناطیسی بنامید.

مواد مغناطیسی	مواد غیرمغناطیسی
قیچی	فویل آلومینیوم
میخ	قوطی نوشابه
گیره کاغذ	لیوان شیشه‌ای
سکه	بطری
	مداد
	کتاب

با انجام دادن فعالیت بالا و آزمایش‌های مشابه نتیجه می‌گیریم، همان‌طور که بارهای الکتریکی همنام، یکدیگر را دفع و بارهای غیرهمنام همدیگر را جذب می‌کنند، قطب‌های همنام آهن‌ربا نیز همدیگر را دفع و قطب‌های غیرهمنام آهن‌ربا همدیگر را جذب می‌کنند. البته تفاوت بسیار مهمّی بین قطب‌های مغناطیسی و بارهای الکتریکی وجود دارد. بارهای الکتریکی را می‌توان از هم جدا کرد؛ ولی آزمایش نشان می‌دهد، قطب‌های مغناطیسی را نمی‌توان از هم جدا کرد. به عبارت دیگر قطب N هرگز بدون حضور قطب S وجود ندارد و برعکس. اگر آهن‌ربای میله‌ای را دو تکه کنیم، هر تکهٔ آن یک آهن‌ربا با دو قطب خواهد بود (شکل زیر).

القای مغناطیسی

اگر در فعالیت بالا مقوا یا شیشه‌ای را بین میخ اوّل و آهن‌ربا قرار دهیم، باز هم می‌توان مانند قبل میخ‌ها را به دنبال هم قرار داد؛ یعنی بدون تماس آهن‌ربا با میخ، می‌توان در آنها خاصیت مغناطیسی ایجاد کرد. به این پدیده، یعنی ایجاد خاصیت مغناطیسی در یک قطعه آهن به وسیلهٔ آهن‌ربا بدون تماس با آن را القای مغناطیسی می‌گوییم. در فعالیتی که انجام دادید، ابتدا میخ اوّل آهن‌ربا می‌شود طوری که سر نزدیک‌تر به قطب N آهن‌ربا، قطب S می‌ؤود و سر دورتر قطب N. چون قطب‌های غیرهمنام همدیگر را جذب می‌کنند، میخ جذب آهن‌ربا می‌شود. همین اتفاق برای میخ‌های دیگر نیز می‌افتد. یعنی میخ‌ها به گونه‌ای آهن‌ربا می‌شوند که قطب‌های غیرهمنام آنها به هم نزدیک باشند.
توجه کنید که هر چه آهن‌ربای اصلی خاصیت مغناطیسی قوی‌تری داشته باشد، تعداد میخ‌هایی که از یکدیگر آویزان می‌شوند، بیشتر خواهند بود؛ به عبارت دیگر به روش القا خاصیت مغناطیسی قوی‌تری در میخ‌ها ایجاد می‌شود.

آهن‌ربای الکتریکی

در زندگی روزمره از آهن‌رباهای الکتریکی استفاده‌های فراوانی می‌شود. در انواع زنگ‌ها، جرثقیل‌های مغناطیسی، ساعت‌های الکتریکی و... از این نوع آهن‌رباها استفاده می‌شود.
در دورهٔ ابتدایی با ساخت سادهٔ آهن‌ربای الکتریکی آشنا شده‌ایم. با آزمایش زیر ضمن یادآوری آن مطالب، مفاهیم جدیدی را می‌آموزیم.

با انجام دادن آزمایش بالا درمی‌یابیم، سیم پیچ و میخ دارای خاصیت مغناطیسی شده است و می‌تواند همانند یک آهن‌ربا عمل کند. برای تعیین عوامل مؤثر بر خاصیت مغناطیسی آهن‌ربا، فعالیت بعد را انجام دهید.

با انجام دادن فعالیت بالا در می‌یابیم:
1- قطب N و S آهن‌ربای الکتریکی به جهت جریان الکتریکی بستگی دارد.
2- هر چه جریان گذرنده از سیم پیچ بیشتر شود، خاصیت مغناطیسی آهن‌ربای الکتریکی بیشتر می‌شود.
3- هر چه تعداد دورهای سیم پیچ بیشتر شود، خاصیت مغناطیسی آهن‌ربای الکتریکی بیشتر می‌شود.

موتور الکتریکی

آیا می‌دانید در ماشین لباس‌شویی، استوانه‌ای که لباس در آن قرار می‌گیرد، چگونه می‌چرخد و لباس‌ها شسته می‌شوند؟ یا در ماشین‌های اسباب‌بازی الکتریکی، چرخ‌ها چگونه می‌چرخند و ماشین حرکت می‌کند؟
یکی از رایج‌ترین کاربردهای علم مغناطیس در زندگی روزمره، ساخت و استفاده از موتورهای الکتریکی است. موتورهای الکتریکی در جاروبرقی، خنک‌کن (کولر)های آبی، خودروها و.. . استفاده می‌شوند. برای آشنایی با کارکرد موتورهای الکتریکی آزمایش زیر را انجام می‌دهیم.

در موتورهای الکتریکی، انرژی الکتریکی تبدیل به انرژی حرکتی می‌شود و می‌توان از چرخش محور برای چرخاندن قطعات دیگر استفاده کرد. به‌نظر شما از حرکت این سیم پیچ چه استفاده‌هایی می‌توان کرد؟

تولید برق

ما همگی از انرژی الکتریکی استفاده می‌کنیم. بدون آن زندگی بسیار دشوار است. بدون این نوع انرژی، تلویزیون، رایانه، یخچال، لباس‌شویی، ظرف‌شویی و ... نمی‌توانند کار کنند. آزمایش زیر به شما نشان می‌دهد که چگونه می‌توان به کمک یک سیم پیچ و آهن‌ربا جریان الکتریکی تولید کرد.

آیا می‌توانید توضیح دهید در این آزمایش انرژی جنبشی شما به چه انرژی‌هایی تبدیل شده است؟