Проекты

Моделирование влияния малых флуктуаций магнитного поля на атмосферные явления

Работа призёров открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект − от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Идея» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Физиология, Физика элементарных частиц
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1557
Предметы: Физика, Биология
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект − от знаний к практике, от практики к результату» 17 апреля 2019 года

Актуальность работы

Термин «магнитная буря» означает временные изменения геомагнитного поля. Эти явления влияют не только на состояние кольцевых токов, но и на самочувствие людей. Поэтому эти явления заслуживают дополнительного внимания и подробного изучения.

Цель

Моделировать и объяснить воздействие магнитного поля на атмосферу и физиологию человека.

Задачи

1. Изучение движения электронов в скрещенных электромагнитных полях, аналогичных полям радиационных поясов земли под воздействием различных флуктуаций магнитного поля.

2. Влияние переменного магнитного поля на электрокардиограмму человека.

Описание работы

Основной частью установки является вакуумный объём. Глубина вакуума не позволяет развиться лавине при ионизации остаточного газа, поэтому мы видим чёткую спираль вдоль траектории движения электронов.

Источником электронов является пушка с горячим катодом. Разгон электронов ускоряющим электродом является воздействием электрического поля, а магнитное поле создаётся катушками Гельмгольца.

Движение электронов у магнитных полюсов земли можно моделировать в вакуумной лампе, равномерное магнитное поле сформировать катушками Гельмгольца, а флуктуации создавать электромагнитным колебательным контуром из катушки индуктивности и генератора переменного тока.

Учитывая, что организм состоит на 78 % из воды, а вода − это диполь, провели измерения влияния магнитного поля на пульс и кардиограмму. 

Результаты

1. Малые флуктуации магнитного поля влияют на траекторию движения электронов, размазывая границы пучка, закрученного скрещенным полем в спираль.

2. В зависимости от амплитуды помехи уширение было от 5 до 20 мм при радиусе спирали 90 мм.

3. Обнаружены частотные зависимости движения электронов.

4. По формуле Лармора рассчитан радиус в невозмущённом состоянии магнитного поля и с поправками к магнитному полю − в обеих полярностях. Уширение пучка совпало с экспериментальным в пределах погрешности измерения радиусов.

5. В кардиограмме при переходе на частоты в 20−30 Гц длины всех зубцов уменьшились, но серьёзных отклонений не наблюдалось. На частотах 50−60 Гц заметна явная аритмичность сердечных сокращений, при этом длины зубцов примерно соответствуют норме. При 80−90 Гц сердце бьётся достаточно ритмично, но часто (96 ударов в минуту; в обычном состоянии − 84 удара). На низких частотах (2−8 Гц) зубцы пропадают.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

  • Демонстрационный набор «электронная пушка»
  • Источник постоянного тока
  • Функциональный генератор переменного тока
  • Катушка
  • Стальные стержни
  • Нетбук Aquarius
  • Датчик ЭКГ
  • Штативы
  • Линейка
  • Соединительные провода
  • Фотоаппарат
  • Датчик магнитного поля

Сотрудничество с вузом при создании работы

ООО «Научные развлечения».

Перспективы развития результатов работы

Исследование влияния магнитного поля Земли на атмосферные явления и физиологию человека необходимо для освоения высокоширотных регионов Земли (в том числе Арктики) и совершенствования здравоохранения.

Особое мнение

«Курчатовский проект формирует у ученика полный спектр умений и навыков, необходимых ему для получения востребованной профессии в будущем. Работая с таким замечательным оборудованием, дети будут готовы к жизни в высокотехнологичной среде города»