Proprietățile magnetului și energia câmpului magnetic

Pentru un astfel de obiect ca un magnet, toți au fost de mult obișnuiți. Nu vedem nimic special în asta. Asociat cu noi, el de obicei cu lecții în fizică sau demonstrație, sub forma punctelor focale ale proprietăților unui magnet pentru prescolari. Și rareori cineva crede câți magneți ne înconjoară în viața de zi cu zi. În orice apartament există zeci. Un magnet este prezent în dispozitivul fiecărui difuzor, înregistrator cu bandă, aparat de bărbierit electric, ceas. Chiar și o bancă cu unghii este una.

Și totuși?

Noi - oamenii - nu fac excepție. Datorită biocurenților din corpul din jurul nostru, există un model invizibil al liniilor sale de forță. Un magnet imens este planeta Pamant. Și cu atât mai grandios este și balonul cu plasmă al soarelui. Dimensiunile galaxiilor și nebuloaselor incomprehensibile minții umane rareori permit ideea că toate acestea sunt și magneți.

Știința modernă necesită crearea unor noi magneți mari și super-puternici, domeniile de aplicare a cărora sunt asociate cu fuziunea termonucleară, generarea energiei electrice, accelerarea în sincrotroni de particule încărcate, creșterea navelor scufundate. Pentru a crea un câmp superstructură folosind proprietățile magnetice ale unui magnet este una din sarcinile fizicii moderne.

Să clarificăm conceptele

Un câmp magnetic este forța care acționează asupra corpurilor care au sarcina, în mișcare. Ea "nu funcționează" cu obiecte fixe (sau lipsite de sarcină) și servește drept una dintre formele unui câmp electromagnetic care există ca un concept mai general.

Dacă organismele pot crea în jurul lor un câmp magnetic și ei înșiși experimentează puterea impactului său, ei sunt numiți magneți. Asta este, aceste elemente sunt magnetizate (au un moment corespunzător).

Diferitele materiale reacționează inegal la câmpul extern. Slăbirea acțiunii sale în interiorul lor se numește paramagnete, amplificând - diamagnetice. Materialele individuale au proprietatea unei mărimi de creștere a câmpului magnetic extern. Acestea sunt ferromagneți (cobalt, nichel cu fier, gadoliniu și, de asemenea, compuși și aliaje ale acestor metale). Cei care, după ce au fost loviți de un câmp extern puternic, dobândesc proprietăți magnetice, se numesc magnețiali. Alții, capabili să se comporte ca niște magneți numai sub impactul direct al câmpului și care încetează să mai fie așa cu dispariția lui, sunt magneți moi.

Un pic de istorie

Studiul proprietatilor magnetilor permanenti au avut de-a face cu vremuri foarte vechi. Este menționată în scrierile unor învățați ai Greciei antice chiar cu 600 de ani înainte de epoca noastră. Magneții naturali (de origine naturală) se găsesc în depozitele de minereu magnetic. Cel mai renumit dintre magneții naturali mari este depozitat la Universitatea din Tartu. El cântărește 13 kilograme, iar încărcătura, care poate fi ridicată cu ajutorul lui, este de 40 de kilograme.

Omenirea a învățat să creeze magneți artificiali folosind diferite feromagneți. Valoarea pulberii (din cobalt, fier, etc.) este capacitatea de a deține o greutate de 5000 de ori mai mare decât greutatea proprie. Probele artificiale pot fi permanente (obținute din materiale magnetice dure) sau electromagneți având un miez, materialul căruia este fierul magnetic moale. Câmpul de tensiune din ele apare datorită trecerii unui curent electric prin firele de înfășurare, care este înconjurat de un miez.

Prima carte serioasă, care conține încercări de a studia științific proprietățile unui magnet, este opera doctorului Hilbert din Londra, publicată în 1600. Această lucrare conține toate informațiile disponibile în acel moment privind magnetismul și energia electrică, precum și experimentele autoritare.

Oricare dintre fenomenele existente o persoană încearcă să se adapteze la viața practică. Bineînțeles, magnetul nu făcea excepție.

Cum se utilizează magneții

Ce proprietăți ale magnetului au adoptat omenirea? Domeniul său de aplicare este atât de larg încât nu putem decât să atingem pe scurt principalele și cele mai cunoscute instrumente și domenii de aplicare a acestui subiect remarcabil.

Busola este un instrument bine-cunoscut pentru determinarea direcțiilor pe teren. Mulțumită lui, ei pun căile de transport aerian și maritim, transportul la sol, scopul traficului pietonal. Aceste dispozitive pot fi magnetice (tip săgeată), utilizate de turiști și topografi sau non-magnetice (compase radio și hidraulice).

Primele compase ale magneților naturali au fost făcute în secolul XI și au fost folosite în navigație. Acțiunea lor se bazează pe rotația liberă în plan orizontal a unui ac lung, realizat din material magnetic echilibrat pe axă. Un capăt întotdeauna se îndreaptă spre sud, iar celălalt spre nord. Astfel, este întotdeauna posibilă cunoașterea exactă a direcțiilor principale privind părțile lumii.

Domenii principale

Domenii în care proprietățile magnetului au găsit principala aplicație - inginerie radio și electrotehnică, instrumentație, automatizare și telemehanică. din materiale ferromagnetice primiți relee, miezuri magnetice etc. În 1820 sa descoperit că un conductor cu curent poate acționa pe săgeata unui magnet, forțându-l să se rotească. În același timp, o altă descoperire a fost făcută: o pereche de conductoare paralele prin care trece un curent al unei direcții posedă proprietatea de atracție reciprocă.

Din acest motiv, a fost făcută o ipoteză cu privire la motivul proprietăților magnetului. Toate aceste fenomene apar în legătură cu curenții, inclusiv prin circularea în interiorul materialelor magnetice. Ideile moderne în știință coincid cu această ipoteză.

Despre motoare și generatoare

Bazat pe ea a creat multe varietăți de motoare electrice și generatoare, adică un tip mașini rotative, a căror funcționare se bazează pe transformarea energiei mecanice în energie electrică (vorbim despre generatoare) sau electrice în mecanică (pentru motoare). Orice generator funcționează pe principiul inducției electromagnetice, adică EMF (forța electromotoare) apare într-un fir care se mișcă într-un câmp magnetic. Motorul electric funcționează pe baza fenomenului apariției unei forțe într-un fir cu un curent plasat într-un câmp transversal.

Folosind forța de interacțiune a câmpului cu curentul care trece prin răsucirea înfășurării pieselor în mișcare, funcționează dispozitive numite dispozitive magnetoelectrice. Ca nou motor electric puternic al unui curent alternativ având două înfășurări, acționează contorul de inducție al energiei electrice. Discul conductiv amplasat între înfășurări este supus rotației printr-un cuplu, a cărui forță este proporțională cu puterea consumată.

Și în viața de zi cu zi?

Echipat cu o baterie miniatura, ceasul electric este familiar tuturor. Aranjamentul lor prin utilizarea unei perechi de magneți, a unei perechi de bobine de inductanță și a unui tranzistor este mult mai simplu în ceea ce privește numărul de piese disponibile decât un ceas mecanic.

Din ce în ce mai multe aplicații sunt încuietori de încuietori de tip electromagnetic sau de cilindri, care sunt echipați cu elemente magnetice. În ele, cheia și încuietoarea sunt echipate cu un set de coduri. Când cheia corectă este blocată în gaură, elementele interne ale încuietorii magnetice sunt atrase de poziția dorită, ceea ce permite deschiderea acesteia.

Acțiunea magneților se bazează pe dispozitivul dinamometrelor și galvanometrului (un dispozitiv foarte sensibil care măsoară curenții slabi). Proprietățile magnetului au fost găsite în producția de materiale abrazive. Așa-numitele particule acide mici și foarte dure, care sunt necesare pentru prelucrarea mecanică (șlefuire, lustruire, stripare) a unei varietăți de obiecte și materiale. În producție, ferosiliciul necesar din amestec se află parțial pe fundul cuptoarelor, este parțial încorporat în abraziv. Pentru ao elimina de acolo și necesită magneți.

Știință și comunicare

Datorită proprietăților magnetice ale substanțelor, știința are posibilitatea de a studia structura unei varietăți de corpuri. Se poate menționa numai magnetochimia sau detectarea defectelor magnetice (metoda de detectare a defectelor prin examinarea distorsiunii câmpului magnetic în anumite zone ale produselor).

Ele sunt utilizate în producția echipamentelor de frecvență ultra-înaltă, a sistemelor de comunicații radio (linii militare și comerciale), de tratare termică, atât la domiciliu, cât și în industria alimentară (toată lumea este familiarizată cu cuptoarele cu microunde). Este practic imposibil, în cadrul unui articol, să enumerăm toate acele dispozitive și aplicații tehnice complexe în care proprietățile magnetice ale substanțelor sunt utilizate astăzi.

Domeniul de aplicare al medicinei

Sfera de diagnosticare și terapie medicală nu a fost o excepție. Prin intermediul razelor X generatoare de radiații acceleratori de electroni liniare efectuate terapia tumorilor, in ciclotroni si sincrotroni generate fascicule de protoni care au avantaje fata de raze X în orientarea locală și eficacitate crescută în tratamentul tumorilor oculare și cerebrale.

În ceea ce privește știința biologică, chiar înainte de mijlocul secolului trecut, funcțiile vitale ale organismului nu au fost asociate cu existența câmpurilor magnetice. Literatura științifică a fost completat ocazional cu rapoarte unice despre unul sau altul dintre efectele lor medicale. Dar, din anii șaizeci, a început să curgă o avalanșă de publicații privind proprietățile biologice ale magnetului.

Mai devreme și acum

Cu toate acestea, încercările de a le trata pe oameni au fost făcute de alchimiști încă din secolul al XVI-lea. Au fost multe încercări reușite de a vindeca durerea de dinți, tulburările nervoase, insomnia și o varietate de organe interne. Se pare că, în medicină, magnetul a găsit uzul său nu mai târziu decât în ​​navigație.

În ultima jumătate de secol bratari magnetice folosite pe scară largă, populare în rândul pacienților cu tensiune arterială afectată. Oamenii de știință au crezut în mod serios în capacitatea unui magnet de a spori rezistența corpului uman. Cu ajutorul instrumentelor electromagnetice au fost învățate să măsoare viteza fluxului sanguin, să ia probe sau să introducă medicamentele necesare din capsule.

Magnetul elimină particule mici de metal prinse în ochi. Funcționarea sa se bazează pe activitatea senzorilor electrici (oricine este familiarizat cu procedura de înlăturare a electrocardiogramei). În prezent, colaborarea fizicilor cu biologi pentru a studia mecanismele profunde ale efectului asupra câmpului magnetic al corpului uman devine din ce în ce mai aproape și mai necesar.

Magnet de neodim: proprietăți și aplicații

Magneții de neodim sunt considerați că au cel mai mare impact asupra sănătății umane. Ele constau din neodim, fier și bor. Formula chimică este NdFeB. Principalul avantaj al unui astfel de magnet este efectul puternic al câmpului său la o dimensiune relativ mică. Astfel, greutatea unui magnet cu o forță de 200 gauss este de aproximativ 1 g. Pentru comparație, un magnet de fier egal cu puterea lui are o greutate de aproximativ 10 ori mai mare.

Un alt avantaj fără îndoială al acestor magneți este stabilitatea bună și capacitatea de a păstra calitățile necesare de sute de ani. De-a lungul secolului, magnetul își pierde proprietățile cu numai 1%.

Cum se tratează exact cu un magnet de neodim?

Cu ajutorul său de a îmbunătăți circulația sângelui, stabiliza tensiunea arterială, lupta împotriva migrenei.

Proprietățile magneților neodymi au început să fie folosiți pentru tratamentul cu aproximativ 2000 de ani în urmă. Mențiuni despre acest tip de terapie se găsesc în manuscrisele Chinei Antice. Tratate apoi prin aplicarea de pietre magnetizate la corpul uman.

Terapia a existat, de asemenea, sub forma atașării lor la corp. Legenda susține că Cleopatra a fost obligată să poarte întotdeauna un bandaj magnetic pe capul ei, cu o sănătate excelentă și o frumusețe neamenajată. In secolul X oamenii de știință persan detaliu descris efecte neodimiu proprietăți magnetice din benefice asupra organismului uman, în cazul eliminării inflamației și a spasmului muscular. Potrivit dovezilor supraviețuitoare ale timpului, se poate judeca utilizarea lor pentru a crește puterea musculară, rezistența țesutului osos și reduce durerea articulațiilor.

Din toate bolile ...

Dovezile privind eficacitatea unei astfel de expuneri au fost publicate în 1530 de faimosul doctor din Elveția Paracelsus. În scrierile sale, medicul a descris proprietățile magice ale unui magnet care poate stimula forța corpului și poate cauza auto-vindecarea. Un număr mare de boli în acele zile a început să depășească, folosind un magnet.

Auto-medicația cu ajutorul acestui remediu din SUA în anii de după război (1861-1865), când medicamentele lipseau categoric, a fost larg răspândită. L-au folosit atât ca medicament cât și ca anestezic.

Din secolul XX, proprietățile terapeutice ale magnetului au fost fundamentate științific. În 1976, medicul japonez Nikagawa a introdus conceptul de deficit al câmpului magnetic. Studiile și-au stabilit simptomele exacte. Acestea sunt incluse în slăbiciune, oboseală, eficiență redusă și tulburări în procesul de somn. Există, de asemenea, migrene, dureri articulare și vertebrale, disfuncții ale sistemului digestiv și cardiovascular sub formă de hipotensiune sau hipertensiune. În ceea ce privește sindromul și domeniul ginecologiei și schimbările cutanate. Cu ajutorul magnetoterapiei, aceste stări pot fi normalizate cu succes.

Știința nu se oprește

Oamenii de știință continuă să experimenteze cu câmpuri magnetice. Experimentele se desfășoară atât pe animale și păsări, cât și pe bacterii. Termeni slăbit câmpul magnetic reduce succesul proceselor metabolice la păsările experimentale, șoarecii, bacteriile se opri multiplica rapid. Cu un deficit prelungit al câmpului, țesuturile vii suferă modificări ireversibile.

Este vorba despre lupta împotriva tuturor acestor fenomene și a numeroaselor consecințe negative cauzate de acestea că magnetoterapia este aplicată ca atare. Se pare că, în prezent, toate proprietățile utile ale magneților nu au fost încă studiate la nivelul potrivit. Înaintea doctorilor o mulțime de descoperiri interesante și de noi evoluții.