Visi jau seniai pripratę prie tokio objekto kaip magnetas. Mes tame nieko ypatingo nematome. Ikimokyklinukams tai dažniausiai siejame su fizikos pamokomis ar magneto savybių gudrybių demonstravimu. Ir retai kas susimąsto, kiek magnetų mus supa kasdienybė. Bet kuriame bute jų yra dešimtys. Kiekvieno garsiakalbio, magnetofono, elektrinio skustuvo, laikrodžio įrenginyje yra magnetas. Net stiklainis vinių yra vienas.
O kas dar?
Mes – žmonės – ne išimtis. Kūne tekančių biosrovių dėka aplink mus yra nematomas jo jėgos linijų modelis. Žemė yra didžiulis magnetas. Ir dar grandiozesnis – plazminis saulės kamuolys. Žmogaus protu nesuvokiami galaktikų ir ūkų matmenys retai leidžia manyti, kad visa tai taip pat yra magnetai.
Šiuolaikinis mokslas reikalauja sukurti naujus didelius ir itin galingus magnetus, kurių taikymo sritys siejamos su termobranduolio sinteze, elektros energijos generavimu, įkrautų dalelių pagreitinimu sinchrotronuose, nuskendusių laivų kėlimu. Sukurkite ypač stiprų lauką naudodami magnetines savybesmagnetas yra viena iš šiuolaikinės fizikos problemų.
Paaiškinkite sąvokas
Magnetinis laukas yra jėga, veikianti judančius krūvį turinčius kūnus. Jis „neveikia“su stacionariais objektais (arba be įkrovimo) ir yra elektromagnetinio lauko forma, kuri egzistuoja kaip bendresnė sąvoka.
Jei kūnai gali sukurti aplink save magnetinį lauką ir patys patirti jo poveikio jėgą, jie vadinami magnetais. Tai yra, šie objektai yra įmagnetinti (turi atitinkamą momentą).
Įvairios medžiagos skirtingai reaguoja į išorinį lauką. Tie, kurie susilpnina jo veikimą savyje, vadinami paramagnetais, o kurie jį stiprina – diamagnetais. Atskiros medžiagos turi savybę tūkstantį kartų sustiprinti išorinį magnetinį lauką. Tai feromagnetai (kob altas, nikelis su geležimi, gadolinis, taip pat minėtų metalų junginiai ir lydiniai). Tie, kurie, patekę į stipraus išorinio lauko įtaką, patys įgyja magnetinių savybių, vadinami kietaisiais magnetais. Kiti, galintys elgtis kaip magnetai tik veikiami tiesioginio lauko ir nustoja tokie būti jam išnykus, yra minkšti magnetiniai.
Šiek tiek istorijos
Žmonės nuolatinių magnetų savybes tyrinėjo nuo labai senų laikų. Jie minimi senovės Graikijos mokslininkų raštuose dar 600 metų prieš Kristų. Magnetinės rūdos telkiniuose galima rasti natūralių (natūralios kilmės) magnetų. Žymiausias iš didžiųjų natūralių magnetų saugomas Tartuuniversitetas. Jis sveria 13 kilogramų, o su jo pagalba pakeliamas krovinys – 40 kg.
Žmonija išmoko kurti dirbtinius magnetus naudodama įvairius feromagnetus. Miltelių (iš kob alto, geležies ir kt.) vertė slypi gebėjime išlaikyti krovinį, sveriantį 5000 kartų už savo svorį. Dirbtiniai pavyzdžiai gali būti nuolatiniai (pagauti iš kietų magnetinių medžiagų) arba elektromagnetai, turintys šerdį, kurios medžiaga yra minkštoji magnetinė geležis. Įtampos laukas juose atsiranda dėl elektros srovės pratekėjimo per apvijos, kurią supa šerdis, laidus.
Pirmoji rimta knyga, kurioje buvo bandoma moksliškai ištirti magneto savybes, buvo Londono gydytojo Gilberto darbas, išleistas 1600 m. Šiame darbe yra visa tuo metu turėta informacija apie magnetizmą ir elektrą, taip pat autoriaus eksperimentai.
Žmogus bet kurį iš esamų reiškinių bando pritaikyti praktiniam gyvenimui. Žinoma, magnetas nebuvo išimtis.
Kaip naudojami magnetai
Kokias magneto savybes perėmė žmonija? Jo taikymo sritis tokia plati, kad galime tik trumpai paliesti pagrindinius, žinomiausius šio nuostabaus daikto įrenginius ir programas.
Kompasas yra gerai žinomas prietaisas, skirtas nustatyti kryptis ant žemės. Jo dėka jie atveria kelią lėktuvams ir laivams, sausumos transportui ir pėsčiųjų eismo taikiniams. Šieprietaisai gali būti magnetiniai (rodyklės tipo), naudojami turistų ir topografų, arba nemagnetiniai (radijo ir hidrokompasai).
Pirmieji kompasai iš natūralių magnetų buvo pagaminti XI amžiuje ir naudojami navigacijoje. Jų veikimas pagrįstas ilgos adatos, pagamintos iš magnetinės medžiagos, laisvu sukimu horizontalioje plokštumoje, subalansuotu ant ašies. Vienas jo galas visada nukreiptas į pietus, kitas – į šiaurę. Taigi visada galite tiksliai sužinoti pagrindines kryptis, susijusias su pagrindiniais taškais.
Pagrindinės sferos
Sritys, kuriose magneto savybės rado savo pagrindinį pritaikymą – radijo ir elektrotechnika, prietaisai, automatika ir telemechanika. Iš feromagnetinių medžiagų gaunamos relės, magnetinės grandinės ir kt.. 1820 metais buvo atrasta srovę nešančio laidininko savybė veikti magneto adatą, privertusią ją suktis. Tuo pačiu metu buvo padarytas ir kitas atradimas – lygiagrečių laidininkų pora, per kurią teka tos pačios krypties srovė, turi abipusės traukos savybę.
Dėl to buvo padaryta prielaida apie magneto savybių priežastį. Visi tokie reiškiniai atsiranda dėl srovės, įskaitant tas, kurios cirkuliuoja magnetinių medžiagų viduje. Šiuolaikinės mokslo idėjos visiškai atitinka šią prielaidą.
Apie variklius ir generatorius
Jo pagrindu buvo sukurta daug įvairių elektros variklių ir elektros generatorių, tai yra sukimo tipo mašinos, kurių veikimo principas pagrįstas mechaninės energijos pavertimu elektros energija (kalbames kalbame apie generatorius) arba elektrinius į mechaninius (apie variklius). Bet kuris generatorius veikia elektromagnetinės indukcijos principu, tai yra, EMF (elektrovaros jėga) atsiranda laidoje, kuri juda magnetiniame lauke. Elektros variklis veikia remdamasis jėgos atsiradimo laidu, kurio srovė yra skersiniame lauke, reiškiniu.
Naudojant lauko sąveikos stiprumą su srove, kuri teka per jų judančių dalių apvijų posūkius, prietaisai, vadinami magnetoelektriniu darbu. Indukcinis elektros skaitiklis veikia kaip naujas galingas kintamosios srovės variklis su dviem apvijomis. Laidus diskas, esantis tarp apvijų, sukasi sukimo momentu, proporcingu įvesties galiai.
O kasdieniame gyvenime?
Elektriniai rankiniai laikrodžiai, maitinami miniatiūrinės baterijos, yra žinomi visiems. Jų įtaisas, naudojant porą magnetų, porą induktorių ir tranzistorių, yra daug paprastesnis turimų dalių skaičiumi nei mechaniniai laikrodžiai.
Vis dažniau naudojamos elektromagnetinio tipo spynos arba cilindrinės spynos su magnetiniais elementais. Juose tiek raktas, tiek spyna komplektuojamas su kombinuotu komplektu. Tinkamam raktui patekus į spyną, vidiniai magnetinės spynos elementai pritraukiami į norimą padėtį, todėl ją galima atidaryti.
Dinamometrų ir galvanometro (labai jautraus prietaiso, kuriuo matuojamos silpnos srovės) įtaisas yra pagrįstas magnetų veikimu. Magneto savybės buvo pritaikytos abrazyvų gamyboje. Taigivadinamos aštriomis mažomis ir labai kietomis dalelėmis, kurios reikalingos įvairių daiktų ir medžiagų mechaniniam apdirbimui (šlifavimui, poliravimui, grubumui). Jų gamybos metu ferosilicis, būtinas mišinio sudėtyje, iš dalies nusėda ant krosnių dugno ir iš dalies patenka į abrazyvo sudėtį. Norint jį išimti iš ten, reikalingi magnetai.
Mokslas ir komunikacijos
Dėl medžiagų magnetinių savybių mokslas turi galimybę tirti įvairių kūnų sandarą. Galime paminėti tik magnetochemiją arba magnetinių defektų aptikimą (defektų nustatymo metodas, tiriant magnetinio lauko iškraipymą tam tikrose gaminių srityse).
Jie taip pat naudojami gaminant mikrobangų įrangą, radijo ryšio sistemas (karines ir komercines linijas), termiškai apdorojant tiek namuose, tiek maisto pramonėje (mikrobangų krosnelės visiems puikiai žinomos). Viename straipsnyje beveik neįmanoma išvardyti visų sudėtingiausių techninių prietaisų ir pritaikymo būdų, kuriuose šiandien naudojamos medžiagų magnetinės savybės.
Medicinos sritis
Diagnostikos ir medicininės terapijos sritis nebuvo išimtis. Dėka elektroninių linijinių greitintuvų, generuojančių rentgeno spindulius, atliekama naviko terapija, protonų pluoštai generuojami ciklotronuose arba sinchrotronuose, kurie turi pranašumų prieš rentgeno spindulius lokaliu kryptingumu ir padidina akių bei smegenų auglių gydymo efektyvumą.
Kalbant apie biologiniusmokslo, net iki praėjusio amžiaus vidurio gyvybinės organizmo funkcijos niekaip nebuvo siejamos su magnetinių laukų egzistavimu. Mokslinė literatūra retkarčiais pasipildydavo pavieniais pranešimais apie vieną ar kitą jų medicininį poveikį. Tačiau nuo šeštojo dešimtmečio publikacijos apie biologines magneto savybes buvo lavina.
Tada ir dabar
Tačiau juo gydyti žmones alchemikai bandė dar XVI amžiuje. Buvo daug sėkmingų bandymų išgydyti dantų skausmą, nervų sutrikimus, nemigą ir daugybę vidaus organų problemų. Atrodo, kad magnetas buvo panaudotas medicinoje ne vėliau kaip navigacijoje.
Pastarąjį pusę amžiaus magnetinės apyrankės buvo plačiai naudojamos, populiarios tarp pacientų, kurių kraujospūdis sutrikęs. Mokslininkai rimtai tikėjo magneto gebėjimu padidinti žmogaus kūno atsparumą. Elektromagnetinių prietaisų pagalba mokėsi matuoti kraujotakos greitį, paimti mėginius ar suleisti reikiamus vaistus iš kapsulių.
Magnetas pašalina mažas metalo daleles, kurios pateko į akį. Elektrinių jutiklių veikimas pagrįstas jo veikimu (bet kuris iš mūsų yra susipažinęs su elektrokardiogramos atlikimo procedūra). Mūsų laikais fizikų bendradarbiavimas su biologais, siekiant ištirti magnetinio lauko įtakos žmogaus organizmui mechanizmus, tampa vis glaudesnis ir reikalingesnis.
Neodimio magnetas: savybės ir pritaikymas
Manoma, kad neodimio magnetai daro didžiausią poveikį žmonių sveikatai. Jie susideda išneodimis, geležis ir boras. Jų cheminė formulė yra NdFeB. Pagrindinis tokio magneto privalumas yra stiprus jo lauko poveikis santykinai mažam dydžiui. Taigi, 200 gausų jėgos magneto svoris yra apie 1 g. Palyginimui, vienodo stiprumo geležinis magnetas turi maždaug 10 kartų didesnį svorį.
Kitas neabejotinas minėtų magnetų privalumas – geras stabilumas ir galimybė išsaugoti norimas savybes šimtus metų. Per šimtmetį magnetas praranda savo savybes tik 1%.
Kaip tiksliai apdorojami neodimio magnetai?
Gerina kraujotaką, stabilizuoja kraujospūdį, kovoja su migrena.
Neodimio magnetų savybės gydymui pradėtos naudoti maždaug prieš 2000 metų. Šio tipo terapijos paminėjimai randami senovės Kinijos rankraščiuose. Tada buvo gydoma įmagnetintais akmenimis žmogaus kūną.
Terapija taip pat egzistavo kaip jų pritvirtinimas prie kūno. Legenda teigia, kad Kleopatra už savo puikią sveikatą ir nežemišką grožį skolinga nuolatiniam magnetinio tvarsčio nešiojimui ant galvos. 10 amžiuje persų mokslininkai išsamiai aprašė teigiamą neodimio magnetų savybių poveikį žmogaus organizmui pašalinus uždegimą ir raumenų spazmus. Remiantis išlikusiais to meto įrodymais, galima spręsti apie jų naudojimą raumenų jėgai, kaulų stiprumui didinti ir sąnarių skausmui mažinti.
Nuo visų bėdų…
Tokio poveikio veiksmingumo įrodymai buvo paskelbti 1530 mmetų garsaus šveicarų gydytojo Paracelso. Gydytojas savo raštuose apibūdino magiškas magneto savybes, kurios gali stimuliuoti kūno jėgas ir sukelti savęs gijimą. Daugybė ligų tais laikais buvo pradėtos įveikti naudojant magnetą.
Savęs gydymas šia priemone JAV paplito pokario metais (1861-1865), kai vaistų kategoriškai trūko. Naudojo jį ir kaip vaistą, ir kaip skausmą malšinantį vaistą.
Nuo XX amžiaus magneto gydomosios savybės buvo moksliškai pagrįstos. 1976 metais japonų gydytojas Nikagawa pristatė magnetinio lauko trūkumo sindromo sąvoką. Tyrimai nustatė tikslius jo simptomus. Jie susideda iš silpnumo, nuovargio, sumažėjusio darbingumo ir miego sutrikimų. Taip pat yra migrena, sąnarių ir stuburo skausmai, virškinimo ir širdies ir kraujagyslių sistemos problemos, pasireiškiančios hipotenzija ar hipertenzija. Tai susiję su sindromu ir ginekologijos sritimi bei odos pokyčiais. Naudojant magnetoterapiją, šias sąlygas galima gana sėkmingai normalizuoti.
Mokslas nestovi vietoje
Mokslininkai toliau eksperimentuoja su magnetiniais laukais. Eksperimentai atliekami ir su gyvūnais ir paukščiais, ir su bakterijomis. Susilpnėjusio magnetinio lauko sąlygos mažina eksperimentinių paukščių ir pelių medžiagų apykaitos procesų sėkmę, bakterijos staiga nustoja daugintis. Esant ilgalaikiam lauko deficitui, gyvieji audiniai patiria negrįžtamus pokyčius.
Tai yra kova su visais tokiais reiškiniais ir sukeliamaisMagnetoterapiją jie naudoja kaip tokią su daugybe neigiamų pasekmių. Atrodo, kad šiuo metu visos naudingos magnetų savybės dar nėra pakankamai ištirtos. Gydytojų laukia daug įdomių atradimų ir naujų įvykių.
