презентация в профильном классе на элективных курсах

Исследовательская работаПлазменный ветерНовиков ДмитрийШкола №7, 10 класс, г. Медногорск

Введение Плазма-это наиболее распространенное понятие вещества в природе. Внешняя часть земной атмосферы покрыты плазменной оболочкой-ионосферой. Солнце и звезды можно рассматривать как гигантские сгустки горячей плазмы . Плазму используют как резец при плазменной резке и как шлифовальный камень при плазменной шлифовке и травлении поверхностей. Основное будущее плазмы связано с той ролью, какую она призвана сыграть в решении одной из важнейших проблем нашего века – овладении энергией термоядерного синтеза.




Цель исследования:Проанализировать исторические и теоретические материалы образования четвертого состояния вещества- плазма.1Изучить теоретический материал по влиянию солнечного ветра на магнитное поле Земли.2Разработать лабораторный практикум « Измерение горизонтальной составляющей магнитного поля и влияния солнечного ветра на магнитное поле Земли.3Сравнить полученные результаты магнитного поля Земли с потоком плазменного ветра используя данными комплекса космического телескопа «Тесис». 4Исследовательская работа направлена на исследования потока плазменного ветра идущего от Солнца и его влияния на жизнь Земли. Задачи:



Объекты исследования: плазменный ветер. Предмет исследования: магнитное поле Земли. Гипотеза: Поток плазменного ветра меняет конфигурацию геомагнитного поля Земли.точная математическая модель поведения солнечного ветра


Теоретическая и практическая значимость работы: Проведенные исследования позволяют глубже понять влияние четвертый вид состояния вещества-плазма. Разработанный лабораторный практикумом позволяет на этапе школьного изучения физики заглянуть в мир четвертого состояния вещества-плазма.

1. Исторические аспекты развития исследования плазмы. Впервые слово «Плазма» было произнесено физиологами в середине XIX в.; оно обозначало бесцветную жидкую компоненту крови, молока или живых тканей.Такой смысл имело слово до 1929г., когда американский физик, химик и изобретатель , Нобелевский лауреат и к тому же бизнесмен-администратор Ирвинг Ленгмюр назвал плазмой особое состояние ионизованного газа.

2.Плазма –это естественное состояние вещества.Во Вселенной 99% вещества находится в состоянии плазмы т. е. в виде ионизированного газа, в котором атомы диссоциированы на положительные и отрицательные ионы, а также электроны. За пределами земной атмосферы мы сталкиваемся с плазмой радиационных поясов и солнечного ветра. Однако в повседневной жизни наши встречи с плазмой весьма ограничены: это вспышка молнии, мягкое свечение северного сияния, проводящий газ внутри флуоресцентной трубки или неоновой рекламы и слабоионизованная плазма ракетных факелов. По-видимому , мы живём в той части Вселенной, Составляющей 1% её, где плазма естественным путём не возникает.



3. Плазменный ветер.Company LogoПлазменным (солнечным) ветром называется поток ионизированных частиц который в основном состоит из электронов, протонов и ядер гелия (альфа-частиц), выбрасываемый во всех направлениях из солнечной короны.  Резкие изменения скорости солнечного ветра взаимодействуют с магнитосферой Земли и вызывают магнитные бури.


4.Полярное сияние.Company LogoЗемлю можно рассматривать как большой магнит, южный полюс которого располагается вблизи северного географического полюса, а северный - вблизи южного. Электроны и протоны, попавшие из солнечного ветра в магнитное поле Земли, стекают в область полюсов, где достигают плотных слоев атмосферы и производят ионизацию и возбуждение атомов и молекул газов. Для этого они имеют достаточно энергии. Зеленое и красное свечение испускается возбужденными атомами кислорода, а инфракрасное и фиолетовое– ионизованными молекулами азота.



6.Магнитное поле Земли, как обязательное условия развития жизни на Земле.Геомагнитное поле сыграло выдающуюся роль в эволюции Земли, в происхождении и защите жизни на Земле. Геомагнитное поле образует магнитосферу Земли, которая является природным барьером на пути плазменного ветра и космического излучения к поверхности Земли. Радиационные зоны магнитосферы захватывают и удерживают частицы высоких энергий солнечного и космического излучений плазмы за пределами атмосферы Земли. Вспышки на солнце вызывают изменения интенсивности солнечного ветра, что в свою очередь является основной причиной возмущения геомагнитного поля и магнитосферы.

Company LogoЛабораторный практикум «Измерение горизонтальной составляющей магнитного поля и влияния солнечного ветра на магнитное поле Земли».Теория метода описания установки.В каждой точке на поверхности Земли вектор индукции магнитного поля имеет определенную величину и направление. Индукцию Вз магнитного поля Земли можно представить суммой горизонтальной Вг и вертикальной Вв составляющих: Вз = Вг + Вв. Измерив горизонтальную составляющую Вг можно определить значение вектора индукции магнитного поля в любой точке на поверхности Земли. Горизонтальную составляющую можно измерить с помощью тангенс-гальвонометра.         

Company LogoТангенс-гальваномерт представляет собой вертикальную катушку радиуса R с некоторым числом витков n. В центре катушки в горизонтальной плоскости расположен компас. Магнитная стрелка компаса при отсутствии тока в катушке расположена по магнитному меридиану Зумли NS.Если после установки катушки по ней пропустить ток, то магнитная стрелка повернется на некоторый угол . Объясняется это тем, что на магнитную стрелку будет действовать два поля: первое - горизонтальная составляющая магнитного поля Земли Вг и второе - созданное током поле Вв Под действием этих полей магнитная стрелка займет положение равновесия.

По измеренным значениям силы тока I  в витке катушки и угла α поворота стрелки ,с использованием формулы n (где μо – магнитная постоянная, равная 4π∙10-7 Гн/м , μ- магнитная проницаемость среды, для воздуха μ=1) можно определить значение горизонтальной составляющей индукции магнитного поля Земли Вг 


ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ.Собрать схему 2.Поворачивая тангенс-гальванометр икомпас, устанавливают плоскости катушки тангенс-гальванометра в плоскости магнитного меридиана так, чтобы один конец стрелки совпал с "0". 3.Замкнуть цепь и с помощью реостата установить силу тока, при которой угол отклонения стрелки будет близок 300. Измерить угол α1.4.Повторить измерения углов отклонения стрелки при других, но больших значениях силы тока, вызывающих отклонение на углы с шагом 50.5.Разомкнуть ключ .

Обработка результатов измерений1.Результаты измерений внести в табл.2. По формуле n для каждой силы тока вычислить горизонтальную составляющую Вг Земли . Число витков n=5 , R=0,071м.3.Вычислить среднее значение вектора индукции Вг ср магнитного поля. 4.Вычислите абсолютную погрешность по формуле:∆Вг=│Вг ср-Вг│для каждого измерения.5.Найти ∆Вг ср. 6. Рассчитать относительную ошибку по формуле δ=7.Выполнить измерения Вг в разные дни. Сравнить полученные результаты с данными комплекса космического телескопа «Тесис» - ( ttp://www.tesis.lebedev.ru/magnetic_storms.html?m=2&d=6&y=2013) в дни измерения магнитной составляющей Земли∙100%∙100%



Таблица1(Результаты измерения магнитного поля в г. Медногорске 4.02.2012)NI, mА α, 0С B г ∙10 -5ТлBг ср ∆Bг∙10 -5Тл∆В г ср%1179301,371,39∙10 -5Тл0,020,025 ∙10 -5Тл1,82219351,380,013260401,370,024310451,370,025334501,2400.076464551,430,047545601,390Вг =(1,39 ±0,025∙)10 -5Тл

Company LogoИзмеренное магнитное поле в г. Медногорске в эти дни:4.02.2013- Вг =(1,39 ±0,025) ∙10 -5Тл5.02.2013- Вг =(1,35 ±0,021) ∙10 -5Тл6.02.2013- Вг =(1,31 ±0,025) ∙10 -5ТлДанные изменения магнитного поля Земли космического телескопа «Тесис» - ( ttp://www.tesis.lebedev.ru/magnetic_storms.html?m=2&d=6&y=2013) По полученным данным прослеживается четкая взаимосвязь влияния плазменного ветра на магнитное поле Земли.Измеренное магнитное поле в г. Медногорске в эти дни: 7.02.2013- Вг =(1,4 ±0,025) ∙10 -5Тл 8.02.2013- Вг =(1,41 ±0,021) ∙10 -5Тл9.02.2013- Вг =(1,4 ±0,025) ∙10 -5ТлИзмеренное магнитное поле в г. Медногорске в эти дни:10.02.2013- Вг =(1,34 ±0,03) ∙10 -5Тл11.02.2013- Вг =(1,31 ±0,03) ∙10 -5Тл12.02.2013- Вг =(1,39 ±0,029) ∙10 -5ТлИзмеренное магнитное поле в г. Медногорске в эти дни:13.02.2013- Вг =(1,41 ±0,029) ∙10 -5Тл14.02.2013- Вг =(1,49 ±0,03) ∙10 -5Тл15.02.2013- Вг =(1,39 ±0,025) ∙10 -5ТлИзмеренное магнитное поле в г. Медногорске в эти дни:27.02.2013- Вг =(1,3 ±0,035) ∙10 -5Тл28.02.2013- Вг =(1,39 ±0,045) ∙10 -5Тл01.03.2013- Вг =(1,67 ±0,045) ∙10 -5ТлИзмеренное магнитное поле в г. Медногорске в эти дни:30.08.2014- Вг =(1,42 ±0,035) ∙10 -5Тл31.08.2014- Вг =(1,31 ±0,035) ∙10 -5Тл0101.08.2014- Вг =(1,3 ±0,045) ∙10 -5ТлИзмеренное магнитное поле в г. Медногорске в эти дни:17.09.2014- Вг =(1,42 ±0,035) ∙10 -5Тл18.09.2014- Вг =(1,42 ±0,05) ∙10 -5Тл19.09.2014- Вг =(1,9 ±0,045) ∙10 -5ТлИзмеренное магнитное поле в г. Медногорске в эти дни:28.09.2014- Вг =(1,42 ±0,035) ∙10 -5Тл29.09.2014- Вг =(1,67 ±0,05) ∙10 -5Тл30.09.2014- Вг =(1,3 ±0,05) ∙10 -5Тл








Апробация данной работы на элективных курсах по физике в 9 классе и в профильной группе 11 класса.


Заключение .Выбор темы связан с тем, что в данное время изучение плазмы призвано сыграть главную роль в решении одной из важнейших проблем нашего века – овладении энергией термоядерного синтеза. За последние годы применение плазмы существенно расширилось.Работа представляет интерес как для фундаментальной, так и для прикладной науки. Процессы связанные с влиянием плазмы на жизнь на Земле можно исследовать и в школьном курсе физики.В ходе выполнения исследо- вательской работы была разра- ботана методика определения влияния плазменного ветра на жизнь на Земли.


Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:11.Проанализированы исторические и теоретические материалы образования четвертого состояния вещества- плазма.3.Разработан лабораторный практикум « Измерение горизонтальной составляющей магнитного поля и влияния солнечного ветра на магнитное поле Земли».5.Разработанный лабораторный практикум апробирован с учениками 9 и 11 классов.Гипотеза о влияние плазменного ветра на магнитосферу Земли полностью подтвердилась. 2.Изучен теоретический материал по влиянию солнечного ветра на магнитное поле Земли.4.Доказано влияние плазменного ветра на магнитосферу Земли При использовании данных космического телескопа «Тесис».



Спасибо за внимание !