Alla har länge varit vana vid ett sådant föremål som en magnet. Vi ser inget speciellt i det. Vi brukar förknippa det med fysiklektioner eller en demonstration i form av tricks av egenskaperna hos en magnet för förskolebarn. Och sällan tänker någon på hur många magneter som omger oss i vardagen. Det finns dussintals av dem i vilken lägenhet som helst. En magnet finns i enheten för varje högtalare, bandspelare, elektrisk rakhyvel, klocka. Till och med en burk med naglar är en.
Och vad mer?
Vi - folket - är inget undantag. Tack vare bioströmmarna som flödar i kroppen finns det ett osynligt mönster av dess kraftlinjer runt oss. Jorden är en enorm magnet. Och ännu mer grandiost - solens plasmaboll. Dimensionerna på galaxer och nebulosor, obegripliga för det mänskliga sinnet, tillåter sällan tanken att alla dessa också är magneter.
Modern vetenskap kräver skapandet av nya stora och superkraftiga magneter, vars användningsområden är förknippade med termonukleär fusion, generering av elektrisk energi, acceleration av laddade partiklar i synkrotroner, lyft av sjunkna fartyg. Skapa ett superstarkt fält med hjälp av magnetiska egenskapermagnet är ett av problemen med modern fysik.
Förtydliga begrepp
Ett magnetfält är en kraft som verkar på kroppar med en laddning som är i rörelse. Det "fungerar inte" med stationära föremål (eller utan laddning) och fungerar som en form av elektromagnetiskt fält, som existerar som ett mer allmänt begrepp.
Om kroppar kan skapa ett magnetfält runt sig själva och själva uppleva kraften av dess påverkan, kallas de magneter. Det vill säga att dessa objekt är magnetiserade (har motsvarande moment).
Olika material reagerar olika på ett yttre fält. De som försvagar dess verkan inom sig själva kallas paramagneter, och de som stärker den kallas diamagneter. Enskilda material har egenskapen att förstärka ett externt magnetfält tusenfaldigt. Dessa är ferromagneter (kobolt, nickel med järn, gadolinium, samt föreningar och legeringar av de nämnda metallerna). De av dem som, efter att ha fallit under påverkan av ett starkt yttre fält, själva förvärvar magnetiska egenskaper, kallas hårdmagnetiska. Andra, som kan bete sig som magneter endast under direkt påverkan av fältet och som upphör att vara det när det försvinner, är mjukmagnetiska.
Lite historik
Folk har studerat egenskaperna hos permanentmagneter sedan mycket, mycket gammal tid. De nämns i skrifter av forskare från det antika Grekland så långt tillbaka som 600 år f. Kr. Naturliga (av naturligt ursprung) magneter kan hittas i avlagringar av magnetisk malm. Den mest kända av de stora naturliga magneterna förvaras i Tartuuniversitet. Den väger 13 kilo, och lasten som kan lyftas med hjälp av den är 40 kg.
Människan har lärt sig att skapa konstgjorda magneter med hjälp av olika ferromagneter. Värdet av pulver (från kobolt, järn, etc.) ligger i förmågan att hålla en last som väger 5000 gånger sin egen vikt. Konstgjorda prover kan vara permanenta (erhållna från hårda magnetiska material) eller elektromagneter med en kärna, vars material är mjukt magnetiskt järn. Spänningsfältet i dem uppstår på grund av att elektrisk ström passerar genom lindningens ledningar, som är omgiven av kärnan.
Den första seriösa boken som innehåller försök att vetenskapligt studera egenskaperna hos en magnet var ett verk av London-läkaren Gilbert, publicerad 1600. Detta arbete innehåller den totala information som var tillgänglig vid den tiden angående magnetism och elektricitet, såväl som författarens experiment.
En person försöker anpassa något av de existerande fenomenen till det praktiska livet. Naturligtvis var magneten inget undantag.
Hur magneter används
Vilka egenskaper hos magneten har mänskligheten anammat? Dess räckvidd är så bred att vi bara kort kan beröra de viktigaste, mest kända enheterna och tillämpningarna för denna underbara artikel.
Compass är en välkänd enhet för att bestämma riktningar på marken. Tack vare honom banar de väg för flygplan och fartyg, landtransporter och mål för fotgängare. Dessaenheter kan vara magnetiska (pekare), som används av turister och topografer, eller icke-magnetiska (radio- och vattenkompasser).
De första kompasserna från naturliga magneter tillverkades på 1000-talet och användes i navigering. Deras handling är baserad på den fria rotationen i horisontalplanet av en lång nål gjord av magnetiskt material, balanserad på axeln. En av dess ändar är alltid vänd mot söder, den andra - norr. Således kan du alltid exakt ta reda på de viktigaste anvisningarna angående kardinalpunkterna.
Main Spheres
Fält där magnetens egenskaper har hittat sin huvudsakliga tillämpning - radio- och elektroteknik, instrumentering, automation och telemekanik. Reläer, magnetiska kretsar etc. erhålls från ferromagnetiska material. År 1820 upptäcktes egenskapen hos en strömförande ledare att verka på magnetnålen, vilket tvingade den att vrida sig. Samtidigt gjordes en annan upptäckt - ett par parallella ledare, genom vilka ström i samma riktning passerar, har egenskapen av ömsesidig attraktion.
På grund av detta gjordes ett antagande om orsaken till magnetens egenskaper. Alla sådana fenomen uppstår i samband med strömmar, inklusive de som cirkulerar inuti magnetiska material. Moderna idéer inom vetenskap är helt förenliga med detta antagande.
Om motorer och generatorer
På grundval av det har många varianter av elektriska motorer och elektriska generatorer skapats, det vill säga maskiner av en rotationstyp, vars funktionsprincip är baserad på omvandling av mekanisk energi till elektrisk energi (Talvi pratar om generatorer) eller elektriska till mekaniska (om motorer). Varje generator fungerar enligt principen om elektromagnetisk induktion, det vill säga EMF (elektromotorisk kraft) uppstår i en tråd som rör sig i ett magnetfält. Elmotorn arbetar utifrån fenomenet att kraft uppstår i en tråd med ström placerad i ett tvärfält.
Använda styrkan av fältets interaktion med strömmen som passerar genom varven i lindningen av deras rörliga delar, enheter som kallas magnetoelektriskt arbete. En induktions elmätare fungerar som en ny kraftfull AC-motor med två lindningar. Den ledande skivan som är placerad mellan lindningarna utsätts för rotation med ett vridmoment som är proportionellt mot ineffekten.
Och i vardagen?
Drift av ett miniatyrbatteri är elektriska armbandsur bekanta för alla. Deras enhet, tack vare användningen av ett par magneter, ett par induktorer och en transistor, är mycket enklare när det gäller antalet tillgängliga delar än mekaniska klockor.
Elektromagnetiska lås eller cylinderlås utrustade med magnetiska element används i allt större utsträckning. I dem är både nyckeln och låset utrustade med en kombinationsuppsättning. När rätt nyckel kommer in i låsbrunnen attraheras magnetlåsets inre delar till önskat läge, vilket gör att det kan öppnas.
Enheten med dynamometrar och en galvanometer (en mycket känslig enhet med vilken svaga strömmar mäts) är baserad på magneternas verkan. Magnetens egenskaper har funnit tillämpning vid tillverkning av slipmedel. Såkallas vassa små och mycket hårda partiklar som behövs för mekanisk bearbetning (slipning, polering, grovbearbetning) av en mängd olika föremål och material. Under deras produktion avsätts ferrokisel, som är nödvändigt i blandningens sammansättning, delvis på botten av ugnarna och införs delvis i slipmedlets sammansättning. Magneter krävs för att ta bort den därifrån.
Vetenskap och kommunikation
På grund av ämnens magnetiska egenskaper har vetenskapen förmågan att studera strukturen hos olika kroppar. Vi kan bara nämna magnetokemi eller magnetisk detektering (metod för att upptäcka defekter genom att studera förvrängningen av magnetfältet i vissa områden av produkter).
De används också vid tillverkning av mikrovågsutrustning, radiokommunikationssystem (militära och kommersiella linjer), värmebehandling, både hemma och inom livsmedelsindustrin (mikrovågsugnar är välkända för alla). Det är nästan omöjligt att räkna upp alla de mest komplexa tekniska anordningarna och tillämpningarna där ämnens magnetiska egenskaper används idag inom ramen för en artikel.
Medicinskt område
Fältet diagnostik och medicinsk terapi var inget undantag. Tack vare elektronlinjäracceleratorer som genererar röntgenstrålar utförs tumörterapi, protonstrålar genereras i cyklotroner eller synkrotroner, vilket har fördelar jämfört med röntgenstrålar i lokal riktning och ökad effektivitet vid behandling av ögon- och hjärntumörer.
När det gäller det biologiskavetenskap, även före mitten av förra seklet, var kroppens vitala funktioner inte på något sätt förknippade med förekomsten av magnetfält. Den vetenskapliga litteraturen fylldes då och då på med enstaka meddelanden om en eller annan av deras medicinska effekter. Men sedan sextiotalet har publikationer om magnetens biologiska egenskaper varit en lavin.
Då och nu
Försök att behandla människor med det gjordes dock av alkemister redan på 1500-talet. Det har gjorts många framgångsrika försök att bota tandvärk, nervösa störningar, sömnlöshet och många problem med inre organ. Det verkar som om magneten hittade sin användning inom medicin senast i navigering.
Under det senaste halvseklet har magnetiska armband använts flitigt, populära bland patienter med nedsatt blodtryck. Forskare trodde på allvar på en magnets förmåga att öka människokroppens motstånd. Med hjälp av elektromagnetiska apparater lärde de sig att mäta blodflödets hastighet, ta prover eller injicera nödvändiga mediciner från kapslar.
Magneten tar bort små metallpartiklar som har fallit in i ögat. Driften av elektriska sensorer är baserad på dess verkan (alla av oss är bekanta med proceduren för att ta ett elektrokardiogram). I vår tid blir fysikers samarbete med biologer för att studera de underliggande mekanismerna för påverkan av ett magnetfält på människokroppen allt närmare och mer nödvändigt.
Neodymmagnet: egenskaper och applikationer
Neodymmagneter anses ha maximal effekt på människors hälsa. De består avneodym, järn och bor. Deras kemiska formel är NdFeB. Den största fördelen med en sådan magnet är den starka effekten av dess fält med en relativt liten storlek. Så vikten av en magnet med en kraft på 200 gauss är cirka 1 g. Som jämförelse kan nämnas att en järnmagnet med samma styrka har en vikt som är ungefär 10 gånger större.
En annan obestridlig fördel med de nämnda magneterna är god stabilitet och förmågan att bevara de önskade egenskaperna i hundratals år. Under loppet av ett sekel förlorar en magnet sina egenskaper med endast 1%.
Hur exakt behandlas neodymmagneter?
Det förbättrar blodcirkulationen, stabiliserar blodtrycket, bekämpar migrän.
Egenskaperna hos neodymmagneter började användas för behandling för cirka 2000 år sedan. Omnämnanden av denna typ av terapi finns i manuskripten i det antika Kina. Behandlingen var då genom att applicera magnetiserade stenar på människokroppen.
Terapi fanns också i form av att fästa dem på kroppen. Legenden hävdar att Cleopatra hade sin utmärkta hälsa och överjordiska skönhet att tacka den ständiga bärandet av ett magnetiskt bandage på hennes huvud. På 10-talet beskrev persiska forskare i detalj den gynnsamma effekten av egenskaperna hos neodymmagneter på människokroppen i händelse av eliminering av inflammation och muskelspasmer. Enligt den tidens bevarade bevis kan man bedöma deras användning för att öka muskelstyrkan, benstyrkan och minska ledvärk.
Från alla sjukdomar…
Bevis på effektiviteten av en sådan påverkan publicerades 1530år av den berömda schweiziska läkaren Paracelsus. I sina skrifter beskrev doktorn de magiska egenskaperna hos en magnet som kan stimulera kroppens krafter och orsaka självläkning. Ett stort antal sjukdomar på den tiden började övervinnas med hjälp av en magnet.
Självbehandling med hjälp av detta botemedel blev utbredd i USA under efterkrigsåren (1861-1865), då mediciner kategoriskt saknades. Använde det både som medicin och som smärtstillande.
Sedan 1900-talet har magnetens helande egenskaper fått en vetenskaplig motivering. 1976 introducerade den japanske läkaren Nikagawa begreppet magnetfältsbristsyndrom. Forskning har fastställt de exakta symtomen på det. De består i svaghet, trötthet, nedsatt prestationsförmåga och sömnstörningar. Det finns även migrän, led- och ryggradssmärtor, problem med matsmältnings- och kardiovaskulära system i form av hypotoni eller hypertoni. Det gäller syndromet och området gynekologi, och hudförändringar. Med användning av magnetoterapi kan dessa tillstånd normaliseras ganska framgångsrikt.
Vetenskapen står inte still
Forskare fortsätter att experimentera med magnetfält. Experiment utförs både på djur och fåglar och på bakterier. Villkoren för ett försvagat magnetfält minskar framgången för metaboliska processer hos experimentfåglar och möss, bakterier slutar plötsligt föröka sig. Med ett långvarigt fältunderskott genomgår levande vävnader irreversibla förändringar.
Det är för att bekämpa alla sådana fenomen och orsakade avmagnetoterapi som sådan används av dem med många negativa konsekvenser. Det verkar som att för närvarande alla användbara egenskaper hos magneter ännu inte har studerats tillräckligt. Läkare har många intressanta upptäckter och ny utveckling framför sig.
