Magnetens egenskaper och magnetfältets energi

Till ett sådant objekt som en magnet har alla länge varit vana vid det. Vi ser inget speciellt i det. Förbundet med oss brukar han med lektioner i fysik eller demonstration i form av kontaktpunkter för egenskaperna hos en magnet för förskolebarn. Och sällan tror någon hur många magneter omger oss i vardagen. I vilken lägenhet som helst finns det dussintals. En magnet är närvarande i apparaten hos varje högtalare, bandspelare, elektrisk rakapparat, klocka. Även en bank med naglar är en.

Och ändå?

Vi är människor - inget undantag. Tack vare biologen i kroppen runt oss finns det ett osynligt mönster av dess kraftlinjer. En enorm magnet är planeten jorden. Och ännu mer grandiose är solens plasmaskula. Dimensionerna av galaxer och nebulae obegripliga för det mänskliga sinnet tillåter sällan tanken att alla dessa också är magneter.

Modern vetenskap kräver skapandet av nya stora och supermäktiga magneter, vars tillämpningsområden är associerade med termonukleär fusion, generering av elektrisk energi, acceleration i synkrotroner av laddade partiklar och uppkomsten av sjunkna skepp. Att skapa ett supersträngt fält med magnetens egenskaper hos en magnet är en av de moderna fysikens uppgifter.

Låt oss förtydliga koncept

Ett magnetfält är kraften som verkar på de kroppar som har laddningen, i rörelse. Det "fungerar inte" med fasta föremål (eller berövad avgift) och fungerar som en av formerna för det elektromagnetiska fältet, som existerar som ett mer allmänt koncept.

Om kroppar kan skapa kring sig ett magnetfält och själva uppleva kraften i dess effekt, kallas de magneter. Det vill säga dessa objekt är magnetiserade (de har ett motsvarande ögonblick).

Olika material reagerar ojämnt på det yttre fältet. Att väcka sin handling inom sig kallas paramagneter, förstärkning - diamagnetik. Individuella material har en tusenfaldig ökning av det yttre magnetfältet. Dessa är ferromagneter (kobolt, nickel med järn, gadolinium och även föreningar och legeringar av dessa metaller). De av dem, som efter att ha blivit träffade av ett starkt yttre fält, själva förvärvar magnetiska egenskaper, kallas magnetiskt hårda. Andra som är kapabla att bete sig som magneter endast under fältets direkta inflytande och upphör att vara så med sin försvinnande, är magnetiskt mjuka.

En liten bit av historia

Studien av egenskaperna hos permanenta magneter människor har hanterat mycket, mycket gamla tider. Det nämns i skrifterna från antika Greklands skrifter, även 600 år före vår tid. Naturliga (naturliga ursprung) magneter finns i avsättningar av magnetisk malm. Den mest kända av de stora naturmagneterna lagras vid universitetet i Tartu. Han väger 13 kilo, och lasten, som kan höjas med hjälp, är 40 kg.

Människan har lärt sig att skapa konstgjorda magneter med olika ferromagneter. Värdet av pulver (från kobolt, järn, etc.) är förmågan att hålla en vikt av 5000 gånger sin egen vikt. Konstgjorda prover kan vara permanenta (erhållna från magnetiskt hårda material) eller elektromagneter med en kärna, vars material är mjukt magnetiskt järn. Spänningsfältet i dem uppstår på grund av passage av en elektrisk ström genom lindningstrådarna, som omges av en kärna.

Den första seriösa boken som innehåller försök att vetenskapligt studera egenskaperna hos en magnet är arbetet i London-doktorn Hilbert, publicerad 1600. Det här arbetet innehåller all information som är tillgänglig på den tiden om magnetism och elektricitet, samt förhörsförsök.

Några av de befintliga fenomen som en person försöker anpassa sig till det praktiska livet. Naturligtvis var magneten inget undantag.

Hur magneter används

Vilka egenskaper hos magneten ansåg mänskligheten? Dess tillämpningsområde är så bred att vi bara kan korta ta reda på de viktigaste, mest kända enheterna och applikationerna i detta anmärkningsvärda ämne.

Kompassen är ett välkänt instrument för att bestämma riktningar på marken. Tack vare honom lagde de flyg- och sjöfartygs väg, marktransport, syftet med fotgängartrafiken. Dessa enheter kan vara magnetiska (pilartyp), som används av turister och topografer, eller icke-magnetiska (radio och hydrauliska kompasser).

De första kompasserna av naturliga magneter gjordes under XI-talet och användes i navigering. Deras verkan är baserad på fri rotation i horisontalplanet av en lång nål tillverkad av magnetiskt material, balanserat på axeln. Den ena änden står alltid mot söder, den andra mot norr. Således kan du alltid veta exakt de viktigaste anvisningarna angående världens sidor.

Huvudområden

Områden där magnetens egenskaper hittade huvudapplikationen - radio- och elteknik, instrumentation, automation och telemekanik. Från ferromagnetiska material, reläer, magnetiska ledningar etc. erhålles. 1820 upptäcktes egenskapen hos en ledare med en ström för att verka på magnetens pil och tvinga den att vrida sig. Samtidigt gjordes en annan upptäckt: ett par parallella ledare genom vilka en ström av en riktning passerar genom har egenskapen av ömsesidig attraktion.

På grund av detta antogs det för orsaken till magnetens egenskaper. Alla sådana fenomen uppstår i samband med strömmar, inklusive cirkulerande inuti magnetiska material. Moderna idéer inom vetenskapen sammanfaller helt och hållet med detta antagande.

Om motorer och generatorer

På grundval av detta skapas många sorter av elmotorer och elgeneratorer, det vill säga rotationsmaskiner av vilka driftprincipen är baserad på omvandling av mekanisk energi till elektrisk energi (det är en fråga om generatorer) eller elektriskt till mekaniskt (omkring motorer). Vilken som helst generator arbetar med principen om elektromagnetisk induktion, det vill säga EMF (elektromotorisk kraft) uppstår i en tråd som rör sig i ett magnetfält. Elektriska motorn fungerar på grundval av fenomenet som utträder kraft i en tråd med en ström placerad i ett tvärgående fält.

Med hjälp av kraften av växelverkan med den ström som passerar genom lindningarna av lindningen av deras rörliga delar, verkar enheter som kallas magnetoelektriska anordningar. Eftersom den nya kraftfulla elektriska motorn av en växelström med två lindningar, verkar induktionsräknaren för elkraften. Den ledande skivan som är belägen mellan lindningarna är föremål för rotation med ett vridmoment vars kraft är proportionellt mot den förbrukade effekten.

Och i vardagen?

Utrustad med ett miniatyrbatteri är det elektriska armbandsuret bekant för alla. Deras design genom användning av ett par magneter, ett par induktansspolar och en transistor är mycket enklare när det gäller antalet tillgängliga delar än en mekanisk klocka.

Fler och fler applikationer är lås av elektromagnetisk typ eller cylinderlås, som är utrustade med magnetiska element. I dem är både nyckeln och låset utrustade med en koduppsättning. När den rätta nyckeln är låst i hålet lockas de magnetiska låsens inre delar till önskad position, vilket gör att den kan öppnas.

Magnets verkan är baserad på dynamometrar och en galvanometer (en mycket känslig enhet som mäter svaga strömningar). Magnetens egenskaper har funnit användning vid tillverkning av slipmedel. Så kallade akuta små och mycket hårda partiklar, som är nödvändiga för mekanisk bearbetning (slipning, polering, scuffing) av en mängd olika föremål och material. Vid produktion sätts det ferrosilikat som krävs i blandningen delvis på botten av ugnarna delvis in i slipmedlet. För att ta bort det därifrån krävs magneter.

Vetenskap och kommunikation

På grund av ämnenas magnetiska egenskaper har vetenskapen möjlighet att studera strukturen hos en mängd olika kroppar. Man kan bara nämna magnetochemistry eller magnetisk feldetektering (ett sätt att upptäcka defekter genom att studera snedvridning av ett magnetfält i vissa produktområden).

De används också vid produktion av utrustning för ultrahög frekvensområde, radiokommunikationssystem (militära och kommersiella linjer), värmebehandling, både hemma och i livsmedelsindustrin (alla känner till mikrovågsugnar). Det är praktiskt taget omöjligt inom ramen för en artikel att räkna upp alla de komplexa tekniska enheterna och applikationerna där substansens magnetiska egenskaper används idag.

Omfattning av medicin

Diagnostik och medicinsk terapi var inte ett undantag. Tack vare röntgengenererande elektronlinjära acceleratorer utförs tumörterapi, protonbalkar genereras i cyklotroner eller synkrotroner, vilka har fördelar över röntgenstrålar i lokal riktning och är mer effektiva vid behandling av tumörer i ögon och hjärna.

När det gäller biologisk vetenskap, även före mitten av förra seklet, var organismens vitala funktioner inte associerade med förekomsten av magnetfält. Vetenskaplig litteratur kompletterades ibland med enstaka rapporter om en eller annan av deras medicinska effekter. Men sedan 60-talet började en lavin av publikationer om magnetens biologiska egenskaper flöda.

Tidigare och nu

Men försök att behandla dem var människor som gjordes av alkemister i XVI-talet. Det har varit många framgångsrika försök att bota tandvärk, nervösa sjukdomar, sömnlöshet och en mängd olika inre organ. Det verkar som om det i medicinen hittades magnetiskt senast i navigeringen.

Det senaste halva århundradet är ofta använda magnetiska armband, populärt bland patienter med nedsatt blodtryck. Forskare trodde allvarligt på förmågan hos en magnet att öka människans motståndskraft. Med hjälp av elektromagnetiska instrument har lärt sig att mäta blodflödeshastigheten, ta prov eller ange nödvändiga mediciner från kapslarna.

Magneten avlägsnar små metallpartiklar som fångas i ögat. Dess funktion är baserad på arbetet med elektriska sensorer (någon som känner till proceduren för avlägsnande av elektrokardiogrammet). I vår tid blir samarbetet mellan fysiker och biologer för att studera de djupa mekanismerna för effekten på magnetfältets mänskliga kropp alltmer närmare och nödvändigt.

Neodymmagnet: egenskaper och applikationer

Neodymmagneter anses ha störst inverkan på människors hälsa. De består av neodym, järn och bor. Deras kemiska formel är NdFeB. Den största fördelen med en sådan magnet är den starka effekten av dess fält i en relativt liten storlek. Således är vikten av en magnet med en kraft på 200 gauss ungefär 1 g. För jämförelse har en järnmagnet lika med styrka till den en vikt som är cirka 10 gånger större.

En annan otvivelaktig fördel med dessa magneter är god stabilitet och förmågan att bevara de nödvändiga egenskaperna i hundratals år. Under ett århundrade förlorar magneten sina egenskaper med endast 1%.

Hur exakt behandlas med en neodymmagnet?

Med hjälp av att förbättra blodcirkulationen, stabilisera trycket, slåss med migrän.

Egenskaper hos neodymmagneter började användas för behandling för 2000 år sedan. Mentioner om denna form av terapi finns i handskrifterna i antikens Kina. Han behandlades sedan genom att applicera magnetiserade stenar till människokroppen.

Terapi fanns också i form av att fästa dem i kroppen. Legenden hävdar att Cleopatra var skyldig att alltid bära ett magnetbandage på huvudet med utmärkt hälsa och otrolig skönhet. Under det Xe århundradet beskrev persiska forskare i detalj den positiva effekten av neodymmagneternas egenskaper på människokroppen i händelse av eliminering av inflammation och muskelspasmer. Enligt det överlevande beviset för den tiden kan man döma sin användning för att öka muskels styrka, styrkan hos benvävnaderna och minskningen av smärta i lederna.

Från alla sjukdomar ...

Bevis på effektiviteten av sådan exponering publicerades 1530 av den berömda läkaren från Schweiz Paracelsus. I hans skrifter beskrev läkaren de magiska egenskaperna hos en magnet som kan stimulera kroppens styrka och orsaka självläkning. Ett stort antal sjukdomar började på den tiden att övervinna, med hjälp av en magnet.

Självmedicin med hjälp av detta botemedel i USA under efterkrigstiden (1861-1865), när det inte fanns tillräckligt med mediciner, var allmänt spridda. De använde det både som medicin och som anestesi.

Sedan 1800-talet har magnetiska terapeutiska egenskaper varit vetenskapligt underbyggda. 1976 introducerade den japanska läkaren Nikagawa begreppet underskott av magnetfält. Studier har fastställt sina exakta symptom. De ingår i svaghet, trötthet, nedsatt prestanda och störningar i sömnprocessen. Det finns också migrän, led- och ryggsmärta, störningar i matsmältnings- och kardiovaskulära system i form av hypotension eller hypertoni. När det gäller syndromet och området för gynekologi, förändras huden. Med hjälp av magnetoterapi kan dessa tillstånd normaliseras.

Vetenskapen står inte stilla

Forskare fortsätter att experimentera med magnetfält. Experiment utförs både på djur och fåglar, och på bakterier. Förhållandena för ett försvagat magnetfält minskar framgången för metaboliska processer i försöksfåglar och möss, och bakterierna slutar plötsligt att multiplicera. Med långvarigt underskott av fältet genomgår levande vävnader oåterkalleliga förändringar.

Det är för kampen mot alla sådana fenomen och de många negativa följderna av dem som magnetoterapi appliceras som sådan. Det verkar som om alla användbara egenskaper hos magneter för närvarande inte har studerats i rätt grad. Framför läkarna många intressanta upptäckter och nya utvecklingar.