Введение 8
Глава 1. Обзор теоретических основ явления авторотации 10
1.1 История открытия сверхпроводимости 10
1.2 Эффект Мейснера 14
1.3 Термодинамика сверхпроводников 15
1.4 Электромагнитные свойства сверхпроводников 16
1.5 Явление авторотации 18
1.6 Практическое значение авторотации 20
Глава 2. Практическая часть. Описание экспериментов. Результаты 23
2.1 Экспериментальная установка 23
2.2 Проведение эксперимента 25
2.3 Полученные результаты 27
2.3.1 Влияние параметров магнитов на частоту вращения 27
2.3.2 Влияние уровня азота на частоту вращения магнита 29
2.3.3 Влияние нагрева на частоту вращения магнита 30
2.4 Обсуждение полученных результатов 30
2.5 Выводы 32
Глава 3. Организация научно-исследовательской деятельности старших школьников по теме «Авторотация магнита над сверхпроводником» ....34
3.1 Основные теоретические характеристики организации научноисследовательской деятельности старших школьников 34
3.2 Методические рекомендации по организации исследовательской
деятельности старших классов по теме «Авторотация магнита над сверхпроводником» 36
3.3 Методические материалы 38
3.4 Техника безопасности при проведения исследовательской деятельности 43
3.5 Результаты исследования учащегося старшей школы 47
Заключение 48
Список использованных источников 50
В современном мире наука и технологии развиваются стремительными темпами, открывая новые горизонты для исследований и инноваций. Одной из наиболее интересных и перспективных областей науки является физика сверхпроводников, которая изучает уникальные свойства материалов, способных проводить электрический ток без сопротивления. Одним из самых удивительных явлений, связанных со сверхпроводниками, является эффект Мейснера, который заключается в выталкивании магнитного поля из объёма сверхпроводника при его переходе в сверхпроводящее состояние.
Авторотация магнита над сверхпроводником является наглядной демонстрацией этого эффекта и представляет собой уникальное явление, которое привлекает внимание учёных и инженеров со всего мира. Это явление позволяет лучше понять сложные электромагнитные и термодинамические процессы, происходящие в сверхпроводниках, и открывает новые возможности для разработки инновационных технологий.
Проблема исследования: Явление авторотации магнита над
сверхпроводником и его влияния на понимание электромагнитных и термодинамических процессов в сверхпроводниках.
Объект исследования: Неодимовый магнит и сверхпроводящая композитная лента.
Предмет исследования: Физические основы и закономерности явления авторотации, его влияние на электромагнитные и термодинамические процессы в сверхпроводниках.
Целью данной дипломной работы является изучение явления авторотации магнита над сверхпроводником, анализ его физических основ и определение его практического значения, а также разработку методики ознакомления учащихся старших классов с явлениями магнитной левитации и
спонтанного вращения магнита. Для достижения этой цели необходиморешить следующие задачи:
1. Изучить теоретические основы явления авторотации магнита на дсверхпроводником.
2. Провести экспериментальное исследование явления авторотации различных магнитов над сверхпроводником.
3. Разработать методику ознакомления учащихся старших классов сявлениями магнитной левитации и спонтанного вращения магнита.
4. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы офизических основах явления авторотации.
5. Определить возможные области применения явления авторотациив науке и технике.
Апробация.
В ходе написания данной работы была выпущена научная статья в журнале «Сверхпроводимость: фундаментальные и прикладные
исследования» №1, 2024, стр. 34-40. По теме «Самопроизвольное вращение магнитов, левитирующих над высокотемпературным сверхпроводником». [1]
Так же материалы исследования были презентованы на конференции «Образование и наука в XXI веке: математика, физика, информатика и технологии в смарт-мире», которая прошла в КГПУ им. В. П. Астафьева в мае 2024 года.
Данная дипломная работа состоит из введения, трёх глав, заключения и списка использованных источников. В первой главе будут рассмотрены теоретические основы явления авторотации магнита над сверхпроводником, во второй главе будет представлено экспериментальное исследование этого явления, а в третьей главе будут проанализированы полученные результаты и определены возможные области применения.
В ходе данного исследования были получены следующие теоретические и практические результаты:
1. Изучено, что вращение магнита вызывается разницей намагниченностей в нижней и верхней половинах магнита, Mdown и Mup, вызванной разницей градиента температур. Чем больше эта разница ДМ = Mdown - Mup, тем больше вращательный момент
2. Изучены изменения частот вращения магнита над сверхпроводником при изменении
A) Массы объем магнита - общей закономерности между размерами или массой всех магнитов и частотой их вращения не выявлено
Б) Уровень азота - При повышении уровня азота вращение магнита постепенно замедлялось. Остановка вращения происходила, когда нижняя часть магнита погружалась в жидкий азот.
B) Изменение температуры - при общем нагреве магнита частота вращения увеличивается. При локальном нагреве верхних части магнита также увеличивает свою частоту. При нагреве нижней части магнита происходит уменьшение частоты вращения вплоть до полной остановки.
3. Разработана методика ознакомления учащихся старших классов с явлением магнитной левитации и спонтанного вращения магнита.
Мы успешно завершили все этапы исследования и достигли поставленной цели. В будущем, при изучении данной темы, рекомендуется провести апробацию результатов исследования, чтобы оценить, насколько эффективна исследовательская деятельность по физике для старшеклассников. Это позволит нам определить, какие аспекты требуют доработки, а также выявить потенциальные возможности для улучшения образовательного процесса.
Апробация результатов исследования даст возможность усовершенствовать методы обучения физике, повысить качество образования и развить интерес учащихся к изучению этого предмета.
