Każdy od dawna jest przyzwyczajony do takiego obiektu jak magnes. Nie widzimy w tym nic specjalnego. Zwykle kojarzy nam się to z lekcjami fizyki lub pokazem w formie trików właściwości magnesu dla przedszkolaków. I rzadko kto myśli o tym, ile magnesów otacza nas w życiu codziennym. W każdym mieszkaniu są ich dziesiątki. W urządzeniu każdego głośnika, magnetofonu, elektrycznej maszynki do golenia, zegarka znajduje się magnes. Nawet słoik z gwoździami to jeden.
I co jeszcze?
My - ludzie - nie jesteśmy wyjątkiem. Dzięki bioprądom płynącym w ciele wokół nas powstaje niewidoczny wzór jego linii sił. Ziemia jest ogromnym magnesem. A jeszcze bardziej okazała - kula plazmowa słońca. Niezrozumiałe dla ludzkiego umysłu wymiary galaktyk i mgławic rzadko pozwalają sądzić, że to wszystko również jest magnesem.
Współczesna nauka wymaga stworzenia nowych dużych i superpotężnych magnesów, których pola zastosowań są związane z fuzją termojądrową, wytwarzaniem energii elektrycznej, przyspieszaniem naładowanych cząstek w synchrotronach, podnoszeniem zatopionych statków. Stwórz super silne pole za pomocą właściwości magnetycznychmagnes to jeden z problemów współczesnej fizyki.
Wyjaśnij pojęcia
Pole magnetyczne to siła działająca na ciała z ładunkiem, które są w ruchu. „Nie działa” z obiektami stacjonarnymi (lub pozbawionymi ładunku) i służy jako forma pola elektromagnetycznego, które istnieje jako bardziej ogólna koncepcja.
Jeżeli ciała potrafią wytworzyć wokół siebie pole magnetyczne i same doświadczyć siły jego wpływu, nazywane są magnesami. Oznacza to, że obiekty te są namagnesowane (mają odpowiedni moment).
Różne materiały różnie reagują na pole zewnętrzne. Te, które osłabiają w sobie jego działanie, nazywane są paramagnesami, a te, które je wzmacniają, nazywane są diamagnesami. Poszczególne materiały mają właściwość tysiąckrotnego wzmacniania zewnętrznego pola magnetycznego. Są to ferromagnetyki (kob alt, nikiel z żelazem, gadolin oraz związki i stopy wymienionych metali). Te z nich, które pod wpływem silnego pola zewnętrznego same nabierają właściwości magnetycznych, nazywane są magnetycznie twardym. Inne, zdolne do zachowywania się jak magnesy tylko pod bezpośrednim wpływem pola i przestające nim być wraz z jego zanikiem, są magnetycznie miękkie.
Trochę historii
Ludzie badali właściwości magnesów trwałych od bardzo, bardzo dawnych czasów. Wspomina się o nich w pismach naukowców starożytnej Grecji już 600 lat p.n.e. Magnesy naturalne (pochodzenia naturalnego) można znaleźć w złożach rudy magnetycznej. Najsłynniejszy z dużych magnesów naturalnych jest przechowywany w TartuUniwersytet. Waży 13 kilogramów, a ładunek, który można za jego pomocą podnieść to 40 kg.
Ludzkość nauczyła się tworzyć sztuczne magnesy za pomocą różnych ferromagnetyków. Wartość proszku (z kob altu, żelaza itp.) polega na zdolności do utrzymania ładunku o masie 5000 razy większej od jego masy. Próbki sztuczne mogą być trwałe (uzyskane z materiałów magnetycznie twardych) lub elektromagnesy z rdzeniem, którego materiałem jest żelazo magnetycznie miękkie. Pole napięciowe w nich powstaje w wyniku przepływu prądu elektrycznego przez przewody uzwojenia, które jest otoczone rdzeniem.
Pierwszą poważną książką zawierającą próby naukowego zbadania właściwości magnesu była praca londyńskiego lekarza Gilberta, opublikowana w 1600 roku. Praca ta zawiera całość dostępnych wówczas informacji dotyczących magnetyzmu i elektryczności, a także eksperymentów autora.
Człowiek próbuje dostosować dowolny z istniejących zjawisk do praktycznego życia. Oczywiście magnes nie był wyjątkiem.
Jak używane są magnesy
Jakie właściwości magnesu przyjęła ludzkość? Jego zakres jest tak szeroki, że możemy tylko pokrótce dotknąć głównych, najbardziej znanych urządzeń i zastosowań tego wspaniałego przedmiotu.
Kompas to dobrze znane urządzenie do określania kierunków na ziemi. Dzięki niemu torują drogę samolotom i statkom, transportowi lądowemu i celom ruchu pieszego. Teurządzenia mogą być magnetyczne (typu wskaźnikowego), używane przez turystów i topografów, lub niemagnetyczne (radio i hydrokompasy).
Pierwsze kompasy z naturalnych magnesów powstały w XI wieku i były używane w nawigacji. Ich działanie polega na swobodnym obrocie w płaszczyźnie poziomej długiej igły wykonanej z materiału magnetycznego, wyważonej na osi. Jeden jej koniec jest zawsze skierowany na południe, drugi na północ. W ten sposób zawsze możesz dokładnie poznać główne kierunki dotyczące punktów kardynalnych.
Główne sfery
Dziedziny, w których właściwości magnesu znalazły swoje główne zastosowanie - radio i elektrotechnika, oprzyrządowanie, automatyka i telemechanika. Z materiałów ferromagnetycznych otrzymuje się przekaźniki, obwody magnetyczne itp. W 1820 r. odkryto właściwość przewodnika przewodzącego prąd, który oddziałuje na igłę magnesu, zmuszając ją do obracania się. W tym samym czasie dokonano kolejnego odkrycia - para równoległych przewodników, przez które przepływa prąd o tym samym kierunku, ma właściwość wzajemnego przyciągania.
Z tego powodu przyjęto założenie dotyczące przyczyny właściwości magnesu. Wszystkie takie zjawiska powstają w związku z prądami, także tymi krążącymi wewnątrz materiałów magnetycznych. Współczesne idee w nauce są w pełni zgodne z tym założeniem.
Informacje o silnikach i generatorach
Na jej podstawie powstało wiele odmian silników elektrycznych i generatorów elektrycznych, czyli maszyn typu rotacyjnego, których zasada działania opiera się na zamianie energii mechanicznej na energię elektryczną (przemówieniemówimy o generatorach) lub elektrycznym na mechaniczny (o silnikach). Każdy generator działa na zasadzie indukcji elektromagnetycznej, czyli EMF (siła elektromotoryczna) występuje w drucie poruszającym się w polu magnetycznym. Silnik elektryczny działa w oparciu o zjawisko występowania siły w przewodzie z prądem umieszczonym w polu poprzecznym.
Wykorzystując siłę oddziaływania pola z prądem przepływającym przez zwoje uzwojeń ich ruchomych części, urządzenia zwane działają magnetoelektrycznie. Licznik energii indukcyjnej działa jak nowy, mocny silnik prądu przemiennego z dwoma uzwojeniami. Dysk przewodzący znajdujący się pomiędzy uzwojeniami poddawany jest obrotowi o moment obrotowy proporcjonalny do pobieranej mocy.
A w życiu codziennym?
Zasilane miniaturową baterią elektryczne zegarki na rękę są wszystkim znane. Ich urządzenie, dzięki zastosowaniu pary magnesów, pary cewek indukcyjnych i tranzystora, jest znacznie prostsze pod względem ilości dostępnych części niż zegarki mechaniczne.
Coraz częściej stosuje się zamki typu elektromagnetycznego lub zamki bębenkowe wyposażone w elementy magnetyczne. W nich zarówno klucz, jak i zamek wyposażone są w zestaw szyfrowy. Gdy prawidłowy klucz dobrze wejdzie do zamka, wewnętrzne elementy zamka magnetycznego są przyciągane do pożądanej pozycji, co pozwala na jego otwarcie.
Urządzenie dynamometru i galwanometru (bardzo czułe urządzenie, za pomocą którego mierzone są słabe prądy) opiera się na działaniu magnesów. Właściwości magnesu znalazły zastosowanie w produkcji materiałów ściernych. Więczwane ostrymi małymi i bardzo twardymi cząstkami, które są potrzebne do obróbki mechanicznej (szlifowanie, polerowanie, zdzieranie) różnych przedmiotów i materiałów. Podczas ich produkcji niezbędny w składzie mieszanki żelazokrzem częściowo osadza się na dnie pieców, a częściowo jest wprowadzany w skład ścierniwa. Magnesy są wymagane do usunięcia go stamtąd.
Nauka i komunikacja
Dzięki właściwościom magnetycznym substancji nauka ma możliwość badania budowy różnych ciał. Możemy jedynie wspomnieć o magnetochemii lub wykrywaniu defektów magnetycznych (metoda wykrywania defektów poprzez badanie zniekształceń pola magnetycznego w określonych obszarach produktów).
Są również wykorzystywane do produkcji sprzętu mikrofalowego, systemów komunikacji radiowej (linie wojskowe i komercyjne), obróbki cieplnej, zarówno w domu, jak i w przemyśle spożywczym (kuchenki mikrofalowe są dobrze znane wszystkim). Wyliczenie w ramach jednego artykułu wszystkich najbardziej skomplikowanych urządzeń technicznych i zastosowań, w których wykorzystuje się dziś właściwości magnetyczne substancji, jest prawie niemożliwe.
Pole medyczne
Dziedzina diagnostyki i terapii medycznej nie była wyjątkiem. Dzięki elektronowym akceleratorom liniowym generującym promieniowanie rentgenowskie prowadzona jest terapia nowotworów, wiązki protonów generowane są w cyklotronach lub synchrotronach, które mają przewagę nad promieniami rentgenowskimi w kierunkowości lokalnej i zwiększonej skuteczności w leczeniu guzów oka i mózgu.
Jeśli chodzi o biologięnauka, jeszcze przed połową ubiegłego wieku, funkcje życiowe organizmu nie były w żaden sposób związane z istnieniem pól magnetycznych. Literatura naukowa była od czasu do czasu uzupełniana pojedynczymi wiadomościami na temat ich skutków medycznych. Ale od lat sześćdziesiątych publikacje na temat biologicznych właściwości magnesu stały się lawiną.
Wtedy i teraz
Jednak próby leczenia nim ludzi były podejmowane przez alchemików już w XVI wieku. Podjęto wiele udanych prób leczenia bólu zębów, zaburzeń nerwowych, bezsenności i wielu problemów z narządami wewnętrznymi. Wydaje się, że magnes znalazł swoje zastosowanie w medycynie dopiero w nawigacji.
Przez ostatnie pół wieku bransoletki magnetyczne były szeroko stosowane, popularne wśród pacjentów z obniżonym ciśnieniem krwi. Naukowcy poważnie wierzyli w zdolność magnesu do zwiększania odporności ludzkiego ciała. Za pomocą urządzeń elektromagnetycznych nauczyli się mierzyć prędkość przepływu krwi, pobierać próbki lub wstrzykiwać potrzebne leki z kapsułek.
Magnes usuwa małe cząsteczki metalu, które dostały się do oka. Działanie czujników elektrycznych opiera się na ich działaniu (każdy z nas zna procedurę wykonywania elektrokardiogramu). W naszych czasach współpraca fizyków z biologami w badaniu mechanizmów leżących u podstaw oddziaływania pola magnetycznego na organizm człowieka staje się coraz bliższa i bardziej potrzebna.
Magnes neodymowy: właściwości i zastosowania
Uważa się, że magnesy neodymowe mają maksymalny wpływ na ludzkie zdrowie. Składają się zneodym, żelazo i bor. Ich wzór chemiczny to NdFeB. Główną zaletą takiego magnesu jest silne działanie jego pola przy stosunkowo niewielkich rozmiarach. Tak więc waga magnesu o sile 200 gausów wynosi około 1 g. Dla porównania magnes żelazny o równej sile ma masę około 10 razy większą.
Kolejną niewątpliwą zaletą wspomnianych magnesów jest dobra stabilność i możliwość zachowania pożądanych właściwości przez setki lat. W ciągu stulecia magnes traci swoje właściwości tylko o 1%.
Jak dokładnie traktuje się magnesy neodymowe?
Poprawia krążenie krwi, stabilizuje ciśnienie krwi, zwalcza migreny.
Właściwości magnesów neodymowych zaczęto wykorzystywać w leczeniu około 2000 lat temu. Wzmianki o tego rodzaju terapii można znaleźć w rękopisach starożytnych Chin. Zabieg polegał na przyłożeniu namagnesowanych kamieni do ludzkiego ciała.
Terapia istniała również w formie przyczepiania ich do ciała. Legenda głosi, że doskonałe zdrowie i nieziemską urodę Kleopatra zawdzięczała ciągłemu noszeniu na głowie bandaża magnetycznego. W X wieku perscy naukowcy szczegółowo opisali korzystny wpływ właściwości magnesów neodymowych na organizm ludzki w przypadku likwidacji stanów zapalnych i skurczów mięśni. Zgodnie z zachowanymi dowodami z tamtych czasów, można ocenić ich zastosowanie w celu zwiększenia siły mięśni, siły kości i zmniejszenia bólu stawów.
Od wszystkich chorób…
Dowody skuteczności takiego wpływu opublikowano w 1530 r.przez słynnego szwajcarskiego lekarza Paracelsusa. W swoich pismach doktor opisał magiczne właściwości magnesu, który może stymulować siły organizmu i powodować samoleczenie. Ogromną ilość chorób w tamtych czasach zaczęto pokonywać za pomocą magnesu.
Samoleczenie za pomocą tego środka rozpowszechniło się w USA w latach powojennych (1861-1865), kiedy kategorycznie brakowało lekarstw. Używał go zarówno jako lek, jak i środek przeciwbólowy.
Od XX wieku lecznicze właściwości magnesu mają naukowe uzasadnienie. W 1976 roku japoński lekarz Nikagawa wprowadził koncepcję zespołu niedoboru pola magnetycznego. Badania wykazały dokładne objawy tego. Polegają na osłabieniu, zmęczeniu, obniżonej wydajności i zaburzeniach snu. Zdarzają się również migreny, bóle stawów i kręgosłupa, problemy z układem pokarmowym i sercowo-naczyniowym w postaci niedociśnienia czy nadciśnienia. Dotyczy syndromu i dziedziny ginekologii oraz zmian skórnych. Za pomocą magnetoterapii stany te można z powodzeniem znormalizować.
Nauka nie stoi w miejscu
Naukowcy kontynuują eksperymenty z polami magnetycznymi. Eksperymenty przeprowadzane są zarówno na zwierzętach i ptakach, jak i na bakteriach. Warunki osłabionego pola magnetycznego zmniejszają powodzenie procesów metabolicznych u eksperymentalnych ptaków i myszy, bakterie nagle przestają się namnażać. Przy przedłużającym się deficycie pola żywe tkanki ulegają nieodwracalnym zmianom.
Jest to walka ze wszystkimi takimi zjawiskami i spowodowanymi przezMagnetoterapia jako taka jest przez nich stosowana z licznymi negatywnymi konsekwencjami. Wydaje się, że obecnie wszystkie użyteczne właściwości magnesów nie zostały jeszcze odpowiednio zbadane. Lekarze mają przed sobą wiele ciekawych odkryć i nowych rozwiązań.
