Тема 2. Тема 2

матеріал 8

Магнітні властивості речовин

Матеріал

Для вчителя

Для учня

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 22. Магнітні властивості речовин

Очікувані результати навчання

формулює самостійно або у співпраці з іншими проблему дослідження [12 ПРО 1.1.1]
формулює самостійно або у співпраці з іншими мету дослідження [12 ПРО 1.2.1]
добирає самостійно або у співпраці з іншими методи відповідно до мети і гіпотези дослідження [12 ПРО 1.3.1
здійснює самостійно або у співпраці з іншими дослідження, фіксує результати [12 ПРО 1.4.2]
опрацьовує та аналізує самостійно або у співпраці з іншими результати дослідження [12 ПРО 1.5.1]
виявляє ціннісне ставлення до набутих дослідницьких навичок для пізнання природи [12 ПРО 1.6.3]
порівнює, аналізує самостійно або у співпраці з іншими природні і техногенні об’єкти, явища і процеси на основі наукових методів пізнання та законів природи [12 ПРО 3.1.1]
визначає самостійно або у співпраці з іншими аргументи/твердження, теорії, що ґрунтуються на наукових фактах і доказах [12 ПРО 4.1.1]
розробляє самостійно або у співпраці з іншими стратегії ефективного розв’язання життєвої/навчальної проблеми [12 ПРО 4.3.2]

Мета уроку: сформувати в учнів уявлення про магнітні властивості речовин, навчити розрізняти феромагнетики, антиферомагнетики, парамагнетики та діамагнетики, розуміти застосування магнетизму в медицині

Очікувані результати для вчителя:

учень усвідомлює значення магнітних властивостей речовин у природі та техніці;
пояснює причини виникнення магнітних властивостей у речовин;
розрізняє феромагнетики, антиферомагнетики, парамагнетики та діамагнетики за їх поведінкою у магнітному полі;
робить висновки про тип магнітної речовини на основі експериментальних спостережень;
застосовує знання для пояснення природних магнітних явищ та роботи приладів, пов’язаних із медициною.

Очікувані результати для учнівства:

учень розрізняє основні типи магнітних речовин: феромагнетики, антиферомагнетики, парамагнетики та діамагнетики;
пояснює, як внутрішня структура речовини впливає на її магнітні властивості;
наводить приклади речовин із різними магнітними властивостями;
описує поведінку речовин у зовнішньому магнітному полі;
визначає, до якого типу належить речовина за її реакцією на магнітне поле;
усвідомлює значення МРТ, магнітних наночастинок у діагностиці та лікуванні;
аналізує користь та ризик застосування магнетизму в медицині.

Ключові слова:

магнітні властивості
феромагнетики
парамагнетики
діамагнетики
магнітне поле
електронна структура

План уроку:

Мотиваційна частина
Теоретичний блок
2.1. Магнітні властивості речовин
2.2. Основні положення теорії магнетизму Ампера
2.3. Доменна теорія магнетизму
2.4. Магнітно-резонансна томографія (МРТ)
2.5. Магнітні наночастинки в медицині
2.6. Магнетизм у кардіології
Практичний блок
Попрактикуймо самостійно
Рефлексія

1. Мотивація

Дружня порада вчителю

Тривалість до 3 хв.

Проблемне питання

Чому деякі речовини притягуються магнітом, а інші – ні?

Джерело: https://gemini.google.com/

Відповідь: Деякі речовини мають у своїх атомах «маленькі магнітики» (неспарені електрони), які під дією звичайного магніту вирівнюються і тому притягуються. В інших речовинах ці «маленькі магнітики» або відсутні, або орієнтовані хаотично, тому вони не притягуються.

Як магніти можуть допомагати в медицині?

Джерело: https://gemini.google.com/

Відповідь: Магніти відіграють важливу роль у медицині, насамперед завдяки магнітно-резонансній томографії (МРТ), яка використовує потужні магнітні поля для створення детальних зображень внутрішніх органів і тканин, що є незамінним для діагностики. Розробляються також магнітні лікарські препарати для цільової доставки ліків, магнітна стимуляція нервової системи для лікування психічних розладів, а також магнітна сепарація в лабораторній діагностиці для розділення клітин і молекул.

Посилання на відео джерела:

https://youtu.be/eBj_4Ytvrv4?feature=shared

Відео

2. Теоретичний блок

Дружня порада вчителю

Тривалість до 20 хв.

2.1. Магнітні властивості речовин

Дружня порада вчителю

Почніть з короткого діалогу: «Чи всі речовини люблять магніти?»

Продемонструйте знайомі матеріали (цвях, мідна трубка, алюмінієва ложка) – які з них притягуються до магніту?

Акцентуйте, що магнітні властивості залежать від електронів – це природний прояв квантової природи матерії.

Показати модель атома з обертовими електронами як «міні-магнітами».

Покажіть класичний експеримент з залізними ошурками і магнітом – ілюстрація ліній магнітної індукції.

Поясніть індукцію B через приклад: «Чим більше B – тим сильніше поле впливає на інші тіла».

Введіть одиницю Тл, але не заглиблюйтесь – достатньо якісного розуміння.

Змоделюйте ситуацію: якщо всі «стрілки» в речовині дивляться в один бік – тіло має сильний магнітний момент.

Феромагнетики: Покажіть відео/анімацію вирівнювання моментів у полі.

Антиферомагнетики: Покажіть схему з чергуванням протилежних моментів (↑↓↑↓).

«Усередині – магнітні моменти є, але ззовні – вони компенсуються».

Парамагнетики: Наголосіть на слабкій реакції на поле.

Покажіть дослід (відео або демонстрація), де алюміній слабо реагує на сильний магніт.

Діамагнетики: Покажіть ефект левітації графіту над супермагнітом (можна відео).

Акцент: «Це слабка, але реальна відштовхувальна сила».

Магнітні властивості зумовлені внутрішніми електронними струмами атомів. Вони створюють магнітні моменти, які можуть підсилювати або послаблювати зовнішнє магнітне поле.

Магнітне поле – це форма матерії, через яку передається магнітна взаємодія. Магнітне поле описується за допомогою векторної величини – магнітної індукції B, яка вказує напрямок і величину сили, що діє на магнітний момент тіла та вимірюється в Тесла, Тл. Магнітне поле створюється магнітами, електричними струмами, а також змінним електричним полем.

Магнітні поля можна описати через лінії індукції – уявні лінії, що показують напрямок магнітного поля. Вони виходять з північного полюса магніту та входять у південний полюс.

Магнітний момент m – це величина, що характеризує інтенсивність і напрямок намагнічення. В системі Сі вимірюється в А·м² або Дж/Тл.

Матеріали по-різному взаємодіють з магнітними полями в залежності від їхньої структури на атомному рівні.

В основному їх поділяють на чотири категорії: феромагнетики, антиферомагнетики, парамагнетики та діамагнетики.Феромагнітні матеріали, такі як залізо, нікель, кобальт, деякі сплави та ферити, добре намагнічуються (див. рис. 1).

Рис. 1 Приклади феромагнетиків

Джерело: https://gemini.google.com/

У цих матеріалах атоми або іони мають власні магнітні моменти, але без зовнішнього поля їхні магнітні моменти орієнтовані випадковим чином і взаємно компенсуються.

При наявності зовнішнього магнітного поля атоми орієнтуються у напрямку поля, що призводить до утворення макроскопічного магнітного моменту.

Коли зовнішнє поле збільшується до певної величини, намагнічення досягає максимального значення і подальше збільшення поля не викликає значних змін.

Після припинення дії зовнішнього магнітного поля, деякі феромагнітні матеріали зберігають свою намагніченість – явище, відоме як феромагнітна гістерезисна петля.

В антиферомагнітних матеріалах, таких як хром та манган, атоми або іони мають власні магнітні моменти, але сусідні атоми мають моменти, орієнтовані в протилежні напрямки (див. рис. 2).

Це призводить до того, що в результаті їх взаємодії на макроскопічному рівні магнітний момент всієї речовини дорівнює нулю.

Рис. 2 Приклади антиферомагнетиків

Джерело: https://gemini.google.com/

Дружня порада вчителю

Актуалізуючі питання:

Чому холодильник притягує магнітики, а алюмінієва каструля – ні?

Як працює компас і чому стрілка завжди показує на північ?

Чому жорсткі диски в комп’ютерах виготовляють із феромагнітних матеріалів?

Чому банківські картки не можна зберігати біля магнітів або динаміків?

Чому на металодетекторі в аеропорту спрацьовує сигнал, коли у вас металева прикраса?

Чому магніти на холодильнику не падають, але легко знімаються?

Атоми парамагнітних матеріалів, таких як алюміній та платина, також мають власні магнітні моменти, але ці моменти орієнтовані випадковим чином без зовнішнього магнітного поля (див. рис. 3).

Рис. 3 Приклади паромагнетиків

Джерело: https://gemini.google.com/

При впливі магнітного поля магнітні моменти атомів орієнтуються в напрямку цього поля, що призводить до слабкого намагнічення матеріалу.

Парамагнітні матеріали не зберігають намагніченість після припинення дії магнітного поля.

У діамагнітних матеріалах (мідь, графіт, вода, алмази) атоми або молекули не мають власного магнітного моменту, але під впливом зовнішнього магнітного поля індукується намагнічення, яке спричиняє відштовхування від цього поля (див. рис. 4).

Це відштовхування є дуже слабким і не має істотного впливу на матеріал, оскільки намагнічення є негативним і дуже малим.

Діамагнітні матеріали не зберігають намагніченість після припинення дії зовнішнього поля.

Рис. 4 Приклади діамагнетиків

Джерело: https://gemini.google.com/

Температура Кюрі для феромагнітних матеріалів є температурою, при якій вони втрачають свої магнітні властивості і стають парамагнітними.

Для антиферомагнітних матеріалів ця температура відома як температура Нейеля.

Парамагнітні і діамагнітні матеріали не мають чітко вираженої температури переходу, але їхні властивості можуть змінюватися під впливом температури, хоча і в меншій мірі.

Дружня порада вчителю

Покажіть анімацію: нагрівання – руйнування впорядкованості доменів.

Приклад: залізо при 770 °C перестає бути феромагнетиком.

Чому не можна стерилізувати магнітні медичні інструменти при високих температурах?

Чому двигуни або трансформатори іноді перегріваються і втрачають ефективність?

Як температура Кюрі враховується при створенні двигунів електромобілів чи генераторів?

2.2. Основні положення теорії магнетизму Ампера

Теорія магнетизму Ампера була основою для розуміння того, як магнітне поле виникає в матеріалах і взаємодіє з іншими магнітними полями або струмами.

Ампер, базуючись на своїх спостереженнях, виявив, що магнітне поле створюється рухомими зарядами, тобто електричним струмом.

Ампер запропонував, що кожна заряджена частинка, яка рухається (наприклад, електрон в атомі), створює навколо себе магнітне поле. Цей ефект описується через магнітний момент, який пропорційний кількості заряду та швидкості його руху.

Ідеї Ампера стали фундаментом для розвитку класичної теорії магнетизму.

Дружня порада вчителю

Проведіть демонстрацію з провідником і магнітною стрілкою – показ зв’язку між струмом і полем.

Поясніть спрощено: «Кожен електрон, що рухається – це джерело міні-поля».

2.3. Доменна теорія магнетизму

Доменна теорія магнетизму була розвинена в середині XX століття для пояснення того, як магнітне намагнічення матеріалів (особливо ферромагнітних) відбувається на макроскопічному рівні. Вона пояснює, чому матеріали, такі як залізо або нікель, стають намагніченими і як це намагнічення може бути збережене.

Домени – це маленькі області в матеріалі, в межах яких магнітні моменти атомів орієнтовані в одному напрямку. В кожному домені атоми намагаються орієнтувати свої магнітні моменти так, щоб вони збігалися з напрямком загального магнітного поля, яке виникає в результаті цієї орієнтації.

Дружня порада вчителю

При намагнічуванні: домени з однаковим напрямом ростуть.

При розмагнічуванні: домени знову хаотично орієнтуються.

У феромагнітних матеріалах, таких як залізо, кобальт або нікель, атоми мають магнітні моменти, які можуть орієнтуватися один з одним, що призводить до утворення доменів. В кожному домені магнітні моменти атомів орієнтовані паралельно, але різні домени можуть мати різну орієнтацію.

Дружня порада вчителю

Чому одні магніти сильніші за інші, хоча зроблені з однакових матеріалів?

У відсутності зовнішнього магнітного поля магнітні домени можуть бути орієнтовані випадковим чином, що призводить до відсутності намагнічення на макроскопічному рівні, навіть якщо окремі атоми в матеріалі мають магнітні моменти.

Коли на ферромагнітний матеріал впливає зовнішнє магнітне поле, домени, орієнтовані в напрямку поля, збільшуються в розмірах, а домени, що орієнтовані в протилежному напрямку, зменшуються. Таким чином, магнітне намагнічення матеріалу збільшується і стає орієнтованим у напрямку поля.

2.4. Магнітно-резонансна томографія (МРТ)

Дружня порада вчителю

Продемонструйте реальне зображення МРТ (наприклад, мозку).

Поясніть, що технологія базується не на рентгені, а на фізичних властивостях атомів водню, що безпечно та високоточне.

Подача фізичної суті через логічну схему.

Чому пацієнтам заборонено мати при собі метал або імпланти під час проходження МРТ?

Чому важливо мати спеціальну картку або браслет із зазначенням наявності імпланта під час надзвичайних ситуацій?
Чому МРТ – голосна процедура і пацієнтам дають навушники?

Магнітно-резонансна томографія – це метод візуалізації внутрішніх органів і тканин людини з високою точністю (див. таблиця 1). Його широко застосовують у медицині для діагностики хвороб головного мозку, хребта, суглобів, внутрішніх органів (див. рис. 5).

В основі МРТ – ядерний магнітний резонанс водню.

Рис. 5 Магнітно-резонансна томографія мозку

Джерело: https://gemini.google.com/

Як це працює:

Магнітне поле високої потужності (до 3 Тл) спрямовується на тіло пацієнта.
Атоми водню в тілі (якого дуже багато у воді та жирах) починають орієнтуватися уздовж магнітного поля.
При подачі радіохвильового імпульсу на частоті ядерного резонансу ці атоми збуджуються.
Після припинення імпульсу водневі ядра повертаються в попередній стан і випромінюють енергію.
Ці сигнали фіксуються детекторами та перетворюються в зображення.

Таблиця 1 Переваги МРТ

Перевага	Пояснення
Висока деталізація	Добре видно м’які тканини (мозок, м’язи, суглоби)
Безпечність	Не використовує іонізуюче випромінювання (на відміну від рентгена)
Багатовимірне зображення	Можна отримати зображення в різних площинах
Виявляє патології раніше	Висока чутливість до змін у тканинах

2.5. Магнітні наночастинки в медицині

Дружня порада вчителю

Нагадайте, що таке наночастинка (атом ≈ 0,1 нм, наночастинка – до 100 нм).

Магнітні наночастинки – ніби «супердрібна вантажівка», яка везе ліки до хворої клітини.

Можна показати модель (3D або на екрані): ядро частинки + ліки + оболонка.

Магніт як «кермо», яке скеровує частинку, що несе ліки.

Магнітні наночастинки – це надзвичайно малі частинки (розміром менше 100 нм), що мають магнітні властивості. Їхнє покриття може містити ліки, біомолекули або речовини для діагностики (див. рис. 6).

Джерело: https://chemcenter.pnu.edu.ua/wpcontent/uploads/sites/154/2021/02/602fb979ae7f1_cr-768×325.jpg

Як це працює:

Наночастинки з ліками вводяться в кров.
Зовнішнє магнітне поле «керує» частинками до певної ділянки тіла, наприклад, до пухлини.
Це дозволяє точково доставити ліки без пошкодження здорових тканин.

Переваги:

Зменшує побічні ефекти.
Підвищує ефективність лікування.
Важливо для хіміотерапії при раку.

2.6. Магнетизм у кардіології

Дружня порада вчителю

Уявіть: кардіостимулятор – це як маленький комп’ютер у грудях, а магніт – це пульт керування.

Поясніть на схемі або муляжі, де розташований пристрій, як від нього йдуть імпульси та що робить магнітне поле.

Кардіостимулятори – це пристрої, що генерують електричні імпульси для регуляції серцевого ритму (див. рис. 7).

Кардіостимулятор складається з:

пульсогенератора (мікрокомп’ютера з батареєю);
електродів, що проводять імпульси до серцевого м’яза;
датчиків, що реагують на рух чи дихання пацієнта.

Джерело: https://medtour.help/wp-content/uploads/2021/12/cardio-1.jpeg

Кардіостимулятори взаємодіють із магнітними полями, тому важливим є обмеження при МРТ – старі моделі можуть вийти з ладу або змінити налаштування під дією потужного магнітного поля МРТ (до 3 Тл).

Нові моделі мають маркування «MRI-safe» – їх дозволено використовувати під контролем.

3. Практичний блок

Дружня порада вчителю

Тривалість до 15 хв.

Завдання № 1

(Магнітні властивості)

Поясніть, чому мідь не притягується до магніту, а залізо – притягується. У відповіді використайте поняття «магнітний момент» і «домени».

Відповідь:

У заліза є домени, що орієнтуються у напрямку поля → феромагнітне намагнічення. Мідь не має власного магнітного моменту → не реагує на магніт (діамагнетик).

Завдання № 2

(МРТ-безпека)

Охарактеризуйте принцип роботи МРТ. Чому цей метод є безпечним для здоров’я?

Відповідь:

Безпечність МРТ для здоров’я зумовлена відсутністю іонізуючого випромінювання, використанням нешкідливих магнітних полів та радіохвиль, а також відносною безпечністю контрастних речовин, що застосовуються за потреби.

Завдання № 3

(Візуалізація з учнями)

«Модель доменів»

Мета:

Пояснити поняття доменів у феромагнетиках та візуалізувати процес намагнічення і розмагнічення.

Матеріали:

Магнітні стрілочки (іграшкові компаси, вирізані паперові стрілки, або учні з табличками ↑ і ↓);
Магніт (реальний або уявний);
Простір перед класом.

Хід досліду:

Формування «хаосу»:

Розмістіть учнів/стрілочки випадково: ↑ ↓ ← → ↘.

Пояснення: «Це домени у стані без магнітного поля – магнітні моменти хаотичні, загального намагнічення немає».

Під дією поля:

Пояснення: Учитель-«магніт» наближається – учні поступово повертають свої стрілки в один бік за вчителем.

Пояснення: «Магнітне поле орієнтує домени. Матеріал намагнічується».

Віддалення магніту:

Варіант 1: Стрілки залишаються в напрямку орієнтованому напрямку – постійне намагнічення (гістерезис).

Варіант 2: Стрілки знову розкидані – розмагнічення.

Обговорення результатів:

Що ми побачили?

Що символізували стрілки?

У яких речовинах домени поводяться саме так?

Відповідь:

Що ми побачили? Ми побачили, як у звичайному стані магнітні моменти (домени) у матеріалі орієнтовані випадково – магнітне поле не виникає. Під дією магніту всі домени почали орієнтуватися в один бік – матеріал намагнічується.

Що символізували стрілки? Стрілки символізували магнітні моменти атомів або домени – маленькі магнітики всередині речовини, які можуть змінювати напрям під дією зовнішнього поля.

У яких речовинах домени поводяться саме так?

У феромагнетиках (залізо, нікель, кобальт) домени можуть вирівнюватися й зберігати напрям – постійне намагнічення.
У парамагнетиках (алюміній, платина) домени трохи орієнтуються, але після зникнення поля – повертаються у випадковий стан.
У діамагнетиках (мідь, графіт) доменів фактично немає – індуковане слабке відштовхування.

Завдання № 4

(Візуалізація з учнями)

«Моделювання перенесення ліків магнітною наночастинкою»

Мета:

Візуалізувати, як магнітне поле може керувати рухом наночастинки з ліками до конкретної ділянки організму (наприклад, пухлини).

Матеріали:

Маленький магніт (неодимовий – найкраще);
Кулька з фольги або металева (символ «наночастинки»);
Картон або макет «тіла» (можна накреслити судини);
Мітка/кружечок на картоні – «орган/пухлина».

Хід досліду:

Підготовка макета:

На аркуші або шматку картону намалюйте заплутану «кровоносну систему».

Позначте місце, куди потрібно доставити ліки (наприклад, червоним кружечком).

Запуск частинки:

Помістіть «наночастинку» (кульку з фольги) на вхід до системи (судини).

Магнітне керування:

Піднесіть магніт під картою і повільно ведіть його у напрямку до «пухлини».Учні спостерігають, як наночастинка змінює маршрут і прямує саме до потрібної точки.

Обговорення результатів:

Що символізує магніт?

Що таке наночастинка в реальності?

Що імітує макет судин?

Що дає таке транспортування?

Відповідь:

Що символізує магніт? Зовнішнє кероване магнітне поле.

Що таке наночастинка в реальності? Сфера з ліками всередині та оболонкою, що реагує на магніт.

Що імітує макет судин? Судинну систему організму.

Що дає таке транспортування? Менше шкоди здоровим тканинам, точне лікування пухлин, менше побічних ефектів.

Дружня порада вчителю

Можна ускладнити – додати «перешкоди» або декілька мішеней і запропонувати учням самостійно провести «доставку».

Завдання № 5

(Магнітне поле котушки)

Обладнання: провід, батарейка, залізні ошурки або компас, залізний цвях

Інструкція:

Зробіть електромагніт – намотайте провід на цвях і під’єднайте до батарейки.
Притягніть цвяхом дрібні металеві предмети або спостерігайте поведінку компаса.
Вимкніть живлення та спробуйте знову.
Занотуйте результат.

Очікуваний результат:

При ввімкненні струму з’являється магнітне поле (цвях намагнічується). При вимкненні – поле зникає.

4. Попрактикуймо самостійно

Дружня порада вчителю

Тривалість до 5 хв.

Учні досліджують, які речовини реагують на магніт. Роблять висновки про феромагнетики, парамагнетики та діамагнетики.

Дослід: «Магнітна властивість речовин»

Обладнання:

Постійний магніт
Зразки речовин: залізо (наприклад, скріпка), мідь, алюміній, дерево, папір, пластик, пісок, скло
Аркуш паперу або лоток

Хід досліду:

Розкладіть зразки речовин на аркуші паперу або в лотку.
Піднесіть магніт до кожного зразка, не торкаючись його.
Спостерігайте, чи відбувається притягування зразка до магніта.
Запишіть результати у таблицю.

Таблиця спостережень:

№	Назва речовини	Притягується до магніта (так/ні)
1	Залізо
2	Мідь
3	Алюміній
4	Дерево
5	Пластик
6	Папір
7	Пісок
8	Скло

Відповідь:

Результати спостережень:

№	Назва речовини	Притягується до магніта
1	Залізо	Так
2	Мідь	Ні
3	Алюміній	Ні
4	Дерево	Ні
5	Пластик	Ні
6	Папір	Ні
7	Пісок	Ні
8	Скло	Ні

Висновок:

Відповідь:

Магніт притягує лише деякі речовини. У даному досліді магніт притягнув тільки залізо. Це означає, що залізо – феромагнетик. Інші речовини (мідь, алюміній, дерево, пластик, папір, пісок, скло) не мають магнітних властивостей.

5. Рефлексія

Дружня порада вчителю

Тривалість до 2 хв.

Заохочуйте учнів бути чесними та відвертими у своїх роздумах.

Що нового ви дізналися сьогодні?
Яка речовина вас здивувала своїми властивостями?
Як ці знання можна використати в житті?

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

У вільний від відпочинку час

Дружня порада вчителю

Міні-проєкт: «Магніт у моєму житті» (де використовується – динамік, замок, датчик).

Критерії оцінювання:

Критерій Макс. балів
Вірність інформації 4
Креативність оформлення 3
Практичне розуміння 3
Самостійність 2

Критерій	Макс. балів
Вірність інформації	4
Креативність оформлення	3
Практичне розуміння	3
Самостійність	2

Міні-проєкт «Магніт у моєму житті»

Формат: постер, презентація, фото-звіт, відео або коротке есе.

Мета: показати, як магніти використовуються в повсякденному житті.

Інструкція:

Знайди щонайменше 3 приклади, де використовується магніт (можна вдома, у школі, в транспорті).
Визнач тип магнетика (феро-, пара-, діа-).
Опиши або сфотографуй ці приклади.
Коротко поясни: яку функцію виконує магніт у кожному пристрої?
Підготуй коротке представлення (1–2 хв або один слайд/плакат).

Приклади для надихнення:

Магнітний замок у сумці, дверях шафи.
Динамік або навушники (використовують феромагнетик).
Сенсорні датчики на вхідних дверях.
Жорсткий диск, електромагніт у ліфті.
Компас.

Завантажити матеріал (PDF)

Урок 22. Магнітні властивості речовин

Очікувані результати навчання

Очікувані результати для учнівства:

учень розрізняє основні типи магнітних речовин: феромагнетики, антиферомагнетики, парамагнетики та діамагнетики;
пояснює, як внутрішня структура речовини впливає на її магнітні властивості;
наводить приклади речовин із різними магнітними властивостями;
описує поведінку речовин у зовнішньому магнітному полі;
визначає, до якого типу належить речовина за її реакцією на магнітне поле;
усвідомлює значення МРТ, магнітних наночастинок у діагностиці та лікуванні;
аналізує користь та ризик застосування магнетизму в медицині.

Ключові слова:

магнітні властивості
феромагнетики
парамагнетики
діамагнетики
магнітне поле
електронна структура

План уроку:

Мотиваційна частина
Теоретичний блок
2.1. Магнітні властивості речовин
2.2. Основні положення теорії магнетизму Ампера
2.3. Доменна теорія магнетизму
2.4. Магнітно-резонансна томографія (МРТ)
2.5. Магнітні наночастинки в медицині
2.6. Магнетизм у кардіології
Практичний блок
Попрактикуймо самостійно
Рефлексія

1. Мотивація

Проблемне питання

Чому деякі речовини притягуються магнітом, а інші – ні?

Джерело: https://gemini.google.com/

Як магніти можуть допомагати в медицині?

Джерело: https://gemini.google.com/

Посилання на відео джерела:

https://youtu.be/eBj_4Ytvrv4?feature=shared

Відео

https://youtu.be/Pf-EQb5lOh4?feature=shared

Відео

https://youtu.be/oWmd1YDjnAk?feature=shared

Відео

https://youtu.be/nFkBhUYynUw?feature=shared

Відео

2. Теоретичний блок

2.1. Магнітні властивості речовин

Матеріали по-різному взаємодіють з магнітними полями в залежності від їхньої структури на атомному рівні.

Рис. 1 Приклади феромагнетиків

Джерело: https://gemini.google.com/

Рис. 2 Приклади антиферомагнетиків

Джерело: https://gemini.google.com/

Рис. 3 Приклади паромагнетиків

Джерело: https://gemini.google.com/

Парамагнітні матеріали не зберігають намагніченість після припинення дії магнітного поля.

Діамагнітні матеріали не зберігають намагніченість після припинення дії зовнішнього поля.

Рис. 4 Приклади діамагнетиків

Джерело: https://gemini.google.com/

Для антиферомагнітних матеріалів ця температура відома як температура Нейеля.

2.2. Основні положення теорії магнетизму Ампера

Ідеї Ампера стали фундаментом для розвитку класичної теорії магнетизму.

2.3. Доменна теорія магнетизму

2.4. Магнітно-резонансна томографія (МРТ)

В основі МРТ – ядерний магнітний резонанс водню.

Джерело: https://gemini.google.com/

Як це працює:

Магнітне поле високої потужності (до 3 Тл) спрямовується на тіло пацієнта.
Атоми водню в тілі (якого дуже багато у воді та жирах) починають орієнтуватися уздовж магнітного поля.
При подачі радіохвильового імпульсу на частоті ядерного резонансу ці атоми збуджуються.
Після припинення імпульсу водневі ядра повертаються в попередній стан і випромінюють енергію.
Ці сигнали фіксуються детекторами та перетворюються в зображення.

Таблиця 1 Переваги МРТ

Перевага	Пояснення
Висока деталізація	Добре видно м’які тканини (мозок, м’язи, суглоби)
Безпечність	Не використовує іонізуюче випромінювання (на відміну від рентгена)
Багатовимірне зображення	Можна отримати зображення в різних площинах
Виявляє патології раніше	Висока чутливість до змін у тканинах

2.5. Магнітні наночастинки в медицині

Джерело: https://chemcenter.pnu.edu.ua/wpcontent/uploads/sites/154/2021/02/602fb979ae7f1_cr-768×325.jpg

Як це працює:

Наночастинки з ліками вводяться в кров.
Зовнішнє магнітне поле «керує» частинками до певної ділянки тіла, наприклад, до пухлини.
Це дозволяє точково доставити ліки без пошкодження здорових тканин.

Переваги:

Зменшує побічні ефекти.
Підвищує ефективність лікування.
Важливо для хіміотерапії при раку.

2.6. Магнетизм у кардіології

Кардіостимулятор складається з:

пульсогенератора (мікрокомп’ютера з батареєю);
електродів, що проводять імпульси до серцевого м’яза;
датчиків, що реагують на рух чи дихання пацієнта.

Джерело: https://medtour.help/wp-content/uploads/2021/12/cardio-1.jpeg

Нові моделі мають маркування «MRI-safe» – їх дозволено використовувати під контролем.

3. Практичний блок

Завдання № 1

(Магнітні властивості)

Завдання № 2

(МРТ-безпека)

Охарактеризуйте принцип роботи МРТ. Чому цей метод є безпечним для здоров’я?

Завдання № 3

(Візуалізація з учнями)

«Модель доменів»

Мета:

Пояснити поняття доменів у феромагнетиках та візуалізувати процес намагнічення і розмагнічення.

Матеріали:

Магнітні стрілочки (іграшкові компаси, вирізані паперові стрілки, або учні з табличками ↑ і ↓);
Магніт (реальний або уявний);
Простір перед класом.

Хід досліду:

Формування «хаосу»:

Розмістіть учнів/стрілочки випадково: ↑ ↓ ← → ↘.

Під дією поля:

Пояснення: Учитель-«магніт» наближається – учні поступово повертають свої стрілки в один бік за вчителем.

Пояснення: «Магнітне поле орієнтує домени. Матеріал намагнічується».

Віддалення магніту:

Варіант 1: Стрілки залишаються в напрямку орієнтованому напрямку – постійне намагнічення (гістерезис).

Варіант 2: Стрілки знову розкидані – розмагнічення.

Обговорення результатів:

Що ми побачили?

Що символізували стрілки?

У яких речовинах домени поводяться саме так?

Завдання № 4

(Візуалізація з учнями)

«Моделювання перенесення ліків магнітною наночастинкою»

Мета:

Матеріали:

Маленький магніт (неодимовий – найкраще);
Кулька з фольги або металева (символ «наночастинки»);
Картон або макет «тіла» (можна накреслити судини);
Мітка/кружечок на картоні – «орган/пухлина».

Хід досліду:

Підготовка макета:

На аркуші або шматку картону намалюйте заплутану «кровоносну систему».

Позначте місце, куди потрібно доставити ліки (наприклад, червоним кружечком).

Запуск частинки:

Помістіть «наночастинку» (кульку з фольги) на вхід до системи (судини).

Магнітне керування:

Обговорення результатів:

Що символізує магніт?

Що таке наночастинка в реальності?

Що імітує макет судин?

Що дає таке транспортування?

Завдання № 5

(Магнітне поле котушки)

Обладнання: провід, батарейка, залізні ошурки або компас, залізний цвях

Інструкція:

Зробіть електромагніт – намотайте провід на цвях і під’єднайте до батарейки.
Притягніть цвяхом дрібні металеві предмети або спостерігайте поведінку компаса.
Вимкніть живлення та спробуйте знову.
Занотуйте результат.

4. Попрактикуймо самостійно

Дослід: «Магнітна властивість речовин»

Обладнання:

Постійний магніт
Зразки речовин: залізо (наприклад, скріпка), мідь, алюміній, дерево, папір, пластик, пісок, скло
Аркуш паперу або лоток

Хід досліду:

Розкладіть зразки речовин на аркуші паперу або в лотку.
Піднесіть магніт до кожного зразка, не торкаючись його.
Спостерігайте, чи відбувається притягування зразка до магніта.
Запишіть результати у таблицю.

Таблиця спостережень:

№	Назва речовини	Притягується до магніта (так/ні)
1	Залізо
2	Мідь
3	Алюміній
4	Дерево
5	Пластик
6	Папір
7	Пісок
8	Скло

Висновок:

5. Рефлексія

Що нового ви дізналися сьогодні?
Яка речовина вас здивувала своїми властивостями?
Як ці знання можна використати в житті?

У вільний від відпочинку час

Міні-проєкт «Магніт у моєму житті»

Формат: постер, презентація, фото-звіт, відео або коротке есе.

Мета: показати, як магніти використовуються в повсякденному житті.

Інструкція:

Знайди щонайменше 3 приклади, де використовується магніт (можна вдома, у школі, в транспорті).
Визнач тип магнетика (феро-, пара-, діа-).
Опиши або сфотографуй ці приклади.
Коротко поясни: яку функцію виконує магніт у кожному пристрої?
Підготуй коротке представлення (1–2 хв або один слайд/плакат).

Приклади для надихнення:

Магнітний замок у сумці, дверях шафи.
Динамік або навушники (використовують феромагнетик).
Сенсорні датчики на вхідних дверях.
Жорсткий диск, електромагніт у ліфті.
Компас.

Завантажити матеріал (PDF)

Ділись та обговорюй важливе