Alle har længe været vant til sådan en genstand som en magnet. Vi ser ikke noget særligt i det. Vi forbinder det norm alt med fysikundervisning eller en demonstration i form af tricks af en magnets egenskaber til førskolebørn. Og sjældent tænker nogen over, hvor mange magneter der omgiver os i hverdagen. Der er snesevis af dem i enhver lejlighed. En magnet er til stede i enheden af hver højttaler, båndoptager, elektrisk barbermaskine, ur. Selv en krukke med søm er en.
Og hvad ellers?
Vi - folket - er ingen undtagelse. Takket være biostrømmene, der flyder i kroppen, er der et usynligt mønster af dens kraftlinjer omkring os. Jorden er en enorm magnet. Og endnu mere grandiose - solens plasmakugle. Dimensionerne af galakser og tåger, som er uforståelige for det menneskelige sind, tillader sjældent tanken om, at alle disse også er magneter.
Moderne videnskab kræver skabelsen af nye store og superkraftige magneter, hvis anvendelsesområder er forbundet med termonuklear fusion, generering af elektrisk energi, acceleration af ladede partikler i synkrotroner, løft af sunkne skibe. Skab et super stærkt felt ved hjælp af magnetiske egenskabermagnet er et af problemerne i moderne fysik.
Afklar begreber
Et magnetfelt er en kraft, der virker på legemer med en ladning, der er i bevægelse. Det "virker ikke" med stationære genstande (eller uden ladning) og fungerer som en form for elektromagnetisk felt, som eksisterer som et mere generelt begreb.
Hvis legemer kan skabe et magnetfelt omkring sig selv og selv opleve kraften fra dets indflydelse, kaldes de magneter. Det vil sige, at disse objekter magnetiseres (har det tilsvarende moment).
Forskellige materialer reagerer forskelligt på et eksternt felt. Dem, der svækker dens virkning inde i sig selv, kaldes paramagneter, og dem, der styrker den, kaldes diamagneter. Individuelle materialer har den egenskab, at de forstærker et eksternt magnetfelt tusindfold. Det er ferromagneter (kobolt, nikkel med jern, gadolinium samt forbindelser og legeringer af de nævnte metaller). De af dem, der efter at være faldet under påvirkning af et stærkt ydre felt, selv får magnetiske egenskaber, kaldes hårdmagnetiske. Andre, der kun er i stand til at opføre sig som magneter under direkte påvirkning af feltet og holder op med at være det, når det forsvinder, er bløde magnetiske.
Lidt historie
Folk har studeret egenskaberne ved permanente magneter siden meget, meget gamle tider. De er nævnt i skrifter fra videnskabsmænd fra det antikke Grækenland så langt tilbage som 600 år f. Kr. Naturlige (af naturlig oprindelse) magneter kan findes i aflejringer af magnetisk malm. Den mest berømte af de store naturlige magneter opbevares i Tartuuniversitet. Den vejer 13 kilo, og den byrde, der kan løftes med dens hjælp, er 40 kg.
Mennesket har lært at skabe kunstige magneter ved hjælp af forskellige ferromagneter. Værdien af pulver (fra kobolt, jern osv.) ligger i evnen til at holde en last, der vejer 5000 gange dens egen vægt. Kunstige prøver kan være permanente (fremstillet af hårde magnetiske materialer) eller elektromagneter med en kerne, hvis materiale er blødt magnetisk jern. Spændingsfeltet i dem opstår på grund af passagen af elektrisk strøm gennem viklingens ledninger, som er omgivet af kernen.
Den første seriøse bog, der indeholdt forsøg på videnskabeligt at studere en magnets egenskaber, var værket af London-lægen Gilbert, udgivet i 1600. Dette værk indeholder den samlede information, der var tilgængelig på det tidspunkt vedrørende magnetisme og elektricitet, såvel som forfatterens eksperimenter.
En person forsøger at tilpasse ethvert af de eksisterende fænomener til det praktiske liv. Selvfølgelig var magneten ingen undtagelse.
Sådan bruges magneter
Hvilke egenskaber ved magneten har menneskeheden taget til sig? Dens anvendelsesområde er så bredt, at vi kun kort kan berøre de vigtigste, mest berømte enheder og anvendelser af denne vidunderlige genstand.
Compass er en velkendt enhed til at bestemme retninger på jorden. Takket være ham baner de vejen for fly og skibe, landtransport og fodgængertrafikmål. Disseenheder kan være magnetiske (pegetype), brugt af turister og topografer eller ikke-magnetiske (radio- og hydrokompasser).
De første kompasser fra naturlige magneter blev lavet i det 11. århundrede og brugt til navigation. Deres handling er baseret på den frie rotation i det vandrette plan af en lang nål lavet af magnetisk materiale, balanceret på aksen. En af dens ender vender altid mod syd, den anden - nord. Således kan du altid nøjagtigt finde ud af de vigtigste anvisninger vedrørende kardinalpunkterne.
Main Spheres
Felter, hvor magnetens egenskaber har fundet deres hovedanvendelse - radio- og elektroteknik, instrumentering, automation og telemekanik. Relæer, magnetiske kredsløb osv. er fremstillet af ferromagnetiske materialer. I 1820 opdagede man en strømførende leders egenskab til at virke på magnetnålen, hvilket tvang den til at dreje. Samtidig blev der gjort en anden opdagelse - et par parallelle ledere, gennem hvilke strøm i samme retning passerer, har egenskaben af gensidig tiltrækning.
På grund af dette blev der lavet en antagelse om årsagen til magnetens egenskaber. Alle sådanne fænomener opstår i forbindelse med strømme, inklusive dem, der cirkulerer inde i magnetiske materialer. Moderne ideer inden for videnskab er fuldt ud i overensstemmelse med denne antagelse.
Om motorer og generatorer
På grundlag af det er der blevet skabt mange varianter af elektriske motorer og elektriske generatorer, det vil sige maskiner af en rotationstype, hvis funktionsprincip er baseret på omdannelsen af mekanisk energi til elektrisk energi (talevi taler om generatorer) eller elektrisk til mekanisk (om motorer). Enhver generator fungerer efter princippet om elektromagnetisk induktion, det vil sige EMF (elektromotorisk kraft) forekommer i en ledning, der bevæger sig i et magnetfelt. Elmotoren arbejder ud fra fænomenet, at der opstår kraft i en ledning med strøm placeret i et tværgående felt.
Brug af styrken af feltets interaktion med strømmen, der passerer gennem vindingerne af deres bevægelige dele, enheder kaldet magnetoelektrisk arbejde. En induktions elmåler fungerer som en ny kraftig vekselstrømsmotor med to viklinger. Den ledende skive, der er placeret mellem viklingerne, udsættes for rotation med et drejningsmoment, der er proportion alt med effektindtaget.
Og i hverdagen?
Drevet af et miniaturebatteri er elektriske armbåndsure velkendte for alle. Deres enhed er, takket være brugen af et par magneter, et par induktorer og en transistor, meget enklere med hensyn til antallet af tilgængelige dele end mekaniske ure.
Låse af elektromagnetisk type eller cylinderlåse udstyret med magnetiske elementer bruges i stigende grad. I dem er både nøglen og låsen udstyret med et kombinationssæt. Når den korrekte nøgle går ind i låsebrønden, tiltrækkes de indvendige elementer i den magnetiske lås til den ønskede position, som gør det muligt at åbne den.
Enheden med dynamometre og et galvanometer (en meget følsom enhed, hvormed svage strømme måles) er baseret på magneters virkning. Magnetens egenskaber har fundet anvendelse ved fremstilling af slibemidler. Såkaldet skarpe små og meget hårde partikler, der er nødvendige til mekanisk bearbejdning (slibning, polering, skrubning) af en række forskellige genstande og materialer. Under deres produktion bundfældes ferrosilicium, som er nødvendigt i blandingens sammensætning, delvist på bunden af ovnene og indføres delvist i slibemidlets sammensætning. Der kræves magneter for at fjerne det derfra.
Videnskab og kommunikation
På grund af stoffers magnetiske egenskaber har videnskaben evnen til at studere strukturen af forskellige legemer. Vi kan kun nævne magnetokemi eller magnetisk fejldetektion (metode til at detektere defekter ved at studere forvrængning af magnetfeltet i visse områder af produkter).
De bruges også til produktion af mikrobølgeudstyr, radiokommunikationssystemer (militære og kommercielle linjer), varmebehandling, både i hjemmet og i fødevareindustrien (mikrobølgeovne er velkendte af alle). Det er næsten umuligt at opregne alle de mest komplekse tekniske anordninger og anvendelser, hvor stoffers magnetiske egenskaber bruges i dag inden for rammerne af én artikel.
Medicinsk felt
Fagområdet for diagnostik og medicinsk terapi var ingen undtagelse. Takket være lineære elektronacceleratorer, der genererer røntgenstråler, udføres tumorterapi, protonstråler genereres i cyklotroner eller synkrotroner, som har fordele i forhold til røntgenstråler i lokal retningsbestemmelse og øget effektivitet i behandlingen af øjen- og hjernetumorer.
Med hensyn til det biologiskevidenskab, selv før midten af forrige århundrede var kroppens vitale funktioner på ingen måde forbundet med eksistensen af magnetiske felter. Den videnskabelige litteratur blev af og til fyldt op med enkelte beskeder om en eller anden af deres medicinske virkninger. Men siden tresserne har publikationer om magnetens biologiske egenskaber været en lavine.
Dengang og nu
Forsøg på at behandle mennesker med det blev dog gjort af alkymister allerede i det 16. århundrede. Der har været mange vellykkede forsøg på at helbrede tandpine, nervøse lidelser, søvnløshed og mange problemer med indre organer. Det ser ud til, at magneten fandt sin anvendelse inden for medicin senest i navigationen.
I det sidste halve århundrede har magnetiske armbånd været meget brugt, populære blandt patienter med nedsat blodtryk. Forskere troede seriøst på en magnets evne til at øge modstanden af den menneskelige krop. Ved hjælp af elektromagnetiske enheder lærte de at måle blodgennemstrømningens hastighed, tage prøver eller injicere den nødvendige medicin fra kapsler.
Magneten fjerner små metalpartikler, der er faldet ind i øjet. Betjening af elektriske sensorer er baseret på dens handling (enhver af os er bekendt med proceduren for at tage et elektrokardiogram). I vores tid bliver fysikeres samarbejde med biologer for at studere de underliggende mekanismer for påvirkningen af et magnetfelt på den menneskelige krop tættere og mere nødvendigt.
Neodymiummagnet: egenskaber og anvendelser
Neodymiummagneter anses for at have den maksimale indvirkning på menneskers sundhed. De består afneodym, jern og bor. Deres kemiske formel er NdFeB. Den største fordel ved en sådan magnet er den stærke effekt af dens felt med en relativt lille størrelse. Så vægten af en magnet med en kraft på 200 gauss er omkring 1 g. Til sammenligning har en jernmagnet med samme styrke en vægt, der er omkring 10 gange større.
En anden utvivlsom fordel ved de nævnte magneter er god stabilitet og evnen til at bevare de ønskede kvaliteter i flere hundrede år. I løbet af et århundrede mister en magnet sine egenskaber med kun 1%.
Hvordan behandles neodymmagneter præcist?
Det forbedrer blodcirkulationen, stabiliserer blodtrykket, bekæmper migræne.
Egenskaberne ved neodymmagneter begyndte at blive brugt til behandling for omkring 2000 år siden. Omtaler af denne type terapi findes i manuskripterne i det gamle Kina. Behandlingen var dengang ved at påføre magnetiserede sten på menneskekroppen.
Terapi eksisterede også i form af at fæstne dem til kroppen. Legenden hævder, at Cleopatra skyldte sit fremragende helbred og overjordiske skønhed til den konstante brug af en magnetisk bandage på hendes hoved. I det 10. århundrede beskrev persiske videnskabsmænd i detaljer den gavnlige virkning af egenskaberne af neodymmagneter på den menneskelige krop i tilfælde af eliminering af betændelse og muskelspasmer. Ifølge datidens overlevende beviser kan man bedømme deres anvendelse til at øge muskelstyrken, knoglestyrken og reducere ledsmerter.
Fra alle dårligdomme…
Bevis på effektiviteten af en sådan påvirkning blev offentliggjort i 1530år af den berømte schweiziske læge Paracelsus. I sine skrifter beskrev lægen de magiske egenskaber ved en magnet, der kunne stimulere kroppens kræfter og forårsage selvhelbredelse. Et stort antal sygdomme i de dage begyndte at blive overvundet ved hjælp af en magnet.
Selvbehandling ved hjælp af dette middel blev udbredt i USA i efterkrigsårene (1861-1865), hvor der kategorisk manglede medicin. Brugte det både som medicin og som smertestillende.
Siden det 20. århundrede har magnetens helbredende egenskaber modtaget videnskabelig begrundelse. I 1976 introducerede den japanske læge Nikagawa begrebet magnetfeltmangelsyndrom. Forskning har fastslået de nøjagtige symptomer på det. De består i svaghed, træthed, nedsat ydeevne og søvnforstyrrelser. Der er også migræne, led- og rygsmerter, problemer med fordøjelses- og kardiovaskulære systemer i form af hypotension eller hypertension. Det drejer sig om syndromet og gynækologiområdet og hudforandringer. Med brug af magnetoterapi kan disse tilstande med stor succes normaliseres.
Videnskaben står ikke stille
Forskere fortsætter med at eksperimentere med magnetiske felter. Forsøg udføres både på dyr og fugle og på bakterier. Betingelserne for et svækket magnetfelt reducerer succesen med metaboliske processer i eksperimentelle fugle og mus, bakterier stopper pludselig med at formere sig. Med et langvarigt feltunderskud undergår levende væv irreversible forandringer.
Det er for at bekæmpe alle sådanne fænomener og forårsaget afmagnetoterapi som sådan bruges af dem med adskillige negative konsekvenser. Det ser ud til, at alle de nyttige egenskaber ved magneter endnu ikke er blevet tilstrækkeligt undersøgt. Læger har en masse interessante opdagelser og nye udviklinger forude.
