Før eller siden har enhver kvinde et ønske om at bygge sin egen rede, dekorere den med stilfuldt og funktionelt tilbehør og bruge designerindretningsløsninger.
Nogle gange ved vi ikke engang, hvordan vi ellers kan bruge interessante ting, hvis formål tilsyneladende er klart. Vidste du for eksempel, at tørret græskar kan lakeres, og det vil tjene dig i lang tid som vase til dit kontor eller markbuketter? Og fra det øjeblik dit barn vokser op, skal akvarelfarver ikke gemmes i en fjern skuffe, for de kan sagtens dekorere et spejl på badeværelset.
I dag vil vi tale om sådanne søde og nyttige dekorative genstande som magneter. Vi tager mange af dem med fra vores rejser og forsøger at bevare et stykke minder om vores yndlingssted. Andre tematiske nipsgenstande kan gives til os af slægtninge eller venner, og atter andre er blevet arvet fra vores bedstemor i umindelige tider. Det viser sig, at disse små "venner" af interiøret har så mange som 10 forskellige måder at bruge dem på, som vi vil stifte bekendtskab med.
1. Dekorationselement. I de fleste tilfælde er husholdningsapparater som køleskab eller vaskemaskine dekoreret med magneter. Nogle gange kan du endda dekorere en svensk væg med bogstavmagneter. Det vigtigste er i det mindste at bevare en vis stil. En dag kom jeg for at besøge en veninde, og hun havde et stort antal magneter hængende over hele sit køleskab. Ved siden af de provisoriske sandwich kan du se en piges nøgne torso, på siden er der adskillige magneter fra Egypten (hvor de faktisk var), og så et dusin ting fra andre lande - Vietnam, Tbilisi, Gurzuf, Lvov, London og andre. Alt ville være fint, men da jeg blandt dette kaos så et par bogstavmagneter fra Rastishki-yoghurt, omgivet af våbenformede magneter, kendte min overraskelse ingen grænser! Hvis du tror, at folk ikke er opmærksomme på så små ting som magneter, når de besøger dig, tager du fejl og risikerer for altid at blive stemplet som en "kløveret" familie, der praler med deres "ture og præstationer."
2. Fotos på en magnet. De færreste ved, at den moderne trykkeriindustri har opfundet en anden innovation - personlige fotografier på en flad magnet. Denne fornøjelse kan tilberedes øjeblikkeligt, bogstaveligt talt på få timer, og det vil koste meget lidt. Ikke alene har du fundet en anden måde at bevare minder på, men sliddet på et trykt fotografi på et så tæt materiale er meget mindre. Fotos på magneter kan ganske enkelt lægges væk i et skab til omhyggelig opbevaring, eller du kan bruge dem som et dekorativt element - et slægtstræ på en jernfod, for eksempel.
3. Praktisk "holder" til noter, samt fiksering. Der er få familier, der ikke kender til denne funktionelle brug af en magnet. Selv på min søns skole, på moderne tavler og stande, vedhæfter lærere visuelt materiale, tabeller og billeder uden at gentegne dem manuelt, som før. I vores familie er magneter en integreret del af køleskabet, fordi alle daglige opgaver, operationelle telefonnumre, mindeværdige datoer og daglige rutiner er registreret af disse små egenskaber.
Med hensyn til fiksering brugte min bedstefar ofte magneter til bedre at klæbe klæbemidlet ved fastgørelse af brud eller ar på genstande. Han placerede blot delen mellem to magneter, og hurtigere limning lod ikke vente på sig.
Mor fandt en anden anvendelse til magnetens fastgørelsesegenskaber i husstanden - hun købte en smuk aflang magnetstrimmel og sætter eventuelle køkkenmaskiner (inklusive stegepander og gryder) til den. Sådanne strimler kan bruges som knivholdere, en minimagnet kan endda syes ind i stof (grydelapper, håndklæde), så den også kan placeres bekvemt (selv fastgjort til ovnen).
4. Underholdning for børn og voksne. Mange puslespil, fascinerende skulpturer og afslapningsanordninger på et psykologkontor er længe blevet skabt ved hjælp af magneter. Små børn er især glade for genstande, der hænger i luften, såvel som magnetiske terninger, bolde, diske og andre sjove ting. Du kan også bruge magneter til at skabe et "vækst"-tavle til din baby - brug bare en sjov magnet til at markere de niveauer, dit barn er vokset til over en vis periode.
5. Bilolierensning. Vi taler om transmission og motoroliepåfyldning. Denne magnetfunktion blev demonstreret for mig af min bror, en bilmekaniker, og min mand kunne virkelig godt lide den. Kompakte magneter passer sikkert på din bils motoraftapningsprop, og alle sliddele klæber til dem. Kraftige magneter fanger kun de partikler, der er et slibemiddel for delenes materiale, og samler dem på deres overflade, hvorfra alle forurenende stoffer let kan fjernes.
6. Søg efter objekter. Hvis dit barn har set nok af amerikanske film og gerne vil lede efter tabte guldringe på resortet, skal du ikke genere ham. Jeg købte engang en metaldetektor til min søn, da han viste en arkæologisk forsker færdigheder. Forestil dig min overraskelse, da min søns sjov begyndte at generere indkomst. I løbet af hele resortets to uger medbragte min søn 2 guldringe, et vedhæng og en sølvørering til piercing, blot ved at føre en tråd med en ringmagnet langs stranden. Min mand kunne lide denne idé, men han bruger den til reparationer, for ved hjælp af en magnetisk "sonde" kan du hurtigt finde placeringen af skruer, søm og beslag i væggene.
Interessant nok er der magneter til salg, der kan løfte genstande selv fra bunden af havet, der vejer op til 300 kg. Fantasien om en undersøisk piratskat udspillede sig straks... Hvad nu hvis?!
7. Reparation af musikinstrumenter. Min vens datter har gået på musikskole i lang tid med hovedfag i blæseinstrumenter, og hendes mor løber allerede løbsk og prøver at finde en hurtig måde at befri sin saxofon og trompet for de karakteristiske buler. Det er umuligt at nå dem gennem et tyndt buet rør, og det er ikke så let at finde den rigtige reparationsspecialist (og det er ikke en billig fornøjelse). Og så læste hun et sted oplysninger om, at en magnet kan hjælpe i denne vanskelige sag. Vi tager en jernkugle (helst lavet af stål), der er egnet til rørets diameter, og fører den ved hjælp af en ekstern magnet til stedet for bulen. Flyt derefter magneten langs omkredsen af bulen, og bolden indefra vil blive stærkt tiltrukket af magneten, hvilket udjævner overfladen perfekt. Sådanne reparationer vil koste dig meget billigt og på blot et par minutter!
8. Fastgøring af jernbrocher eller badges uden at efterlade mærker på tøjet. Jeg spionerede på sådan en interessant metode fra en af vores medarbejdere. Hun bærer jævnligt elegante silke-, satin- og chiffonbluser, hvor et navneskilt er et obligatorisk element i dresscoden. Pigen kom på ideen om at fastgøre en minimagnet på bagsiden af sit tøj og placerer blot en badge-nål eller jernbroche mod den på forsiden. Overraskende nok holder skiltet sikkert, og selv det tyndeste tøj efterlader ikke spor.
9. Dekorationselement. Mange piger har hørt om de såkaldte magnetiske armbånd, lavet af kugler, terninger og andre geometriske former. Sådanne smykker er meget hurtige at samle, du kan gøre dem individuelle ved at tilføje flere tematiske vedhæng eller navneskilte til din basissamling. Du kan også veksle magnetiske dele med andre dekorative elementer - læderindsatser, pailletter, pels, stof osv. Derudover anses smykker lavet af magneter for at være gavnlige for kroppen!
Jeg så engang et program, hvor en pige virkelig gerne ville have en moderigtig piercing til en fest, men hendes forældre tillod det ikke. Den kvikke pige selv ville ikke "slå huller" i kroppen, hun satte blot en lille magnet på den ene side af øreflippen og tilføjede 3 sølvtrekanter til den anden. Denne dekoration kan opnås smertefrit, hygiejnisk, hurtigt og kun til de dage, hvor du er i humør til at bære sådan et "mønster".
10. Fremskynder gæringen af hjemmelavede infusioner. Til sidst vil jeg fortælle dig om den fantastiske måde, hvorpå min ven tilbereder likører og vine på sin dacha. Ved at placere flere magneter i bunden af flasken skaber han et kraftigt felt, der er ideelt til at fermentere enhver spiritus, siger han. En ven hævder, at modningen sker flere gange hurtigere (bogstaveligt talt på en måned), og drikken får de samme smagsegenskaber og aromatiske buketter, som normalt modnes i tinkturer efter et par års ældning!
I dag har vi set på nogle virkelig fantastiske måder at bruge magneter på i hverdagen. Så hvis du har et par magneter liggende derhjemme, er det tid til at give dem et nyt liv ved at bruge dem til deres tilsigtede formål.
Magneter bruges hovedsageligt inden for elektroteknik, radioteknik, instrumentfremstilling, automatisering og telemekanik. Her anvendes ferromagnetiske materialer til fremstilling af magnetiske kredsløb, relæer mv. .
Elektriske maskingeneratorer og elektriske motorer er rotationsmaskiner, der omdanner enten mekanisk energi til elektrisk energi (generatorer) eller elektrisk energi til mekanisk energi (motorer). Driften af generatorer er baseret på princippet om elektromagnetisk induktion: en elektromotorisk kraft (EMF) induceres i en ledning, der bevæger sig i et magnetfelt. Driften af elektriske motorer er baseret på, at en kraft virker på en strømførende ledning placeret i et tværgående magnetfelt.
Magnetoelektriske enheder. Sådanne enheder bruger vekselvirkningskraften mellem magnetfeltet og strømmen i vindingerne af den bevægelige del, som har en tendens til at dreje sidstnævnte.
Induktions elmålere. En induktionsmåler er intet mere end en laveffekt AC-elektromotor med to viklinger - en strømvikling og en spændingsvikling. En ledende skive placeret mellem viklingerne roterer under påvirkning af et drejningsmoment, der er proportionalt med den forbrugte effekt. Dette drejningsmoment afbalanceres af strømme induceret i skiven af en permanent magnet, således at skivens rotationshastighed er proportional med strømforbruget.
Elektriske armbåndsure drives af et miniaturebatteri. De kræver langt færre dele at betjene end mekaniske ure; Således omfatter kredsløbet af et typisk elektrisk bærbart ur to magneter, to induktorer og en transistor.
Dynamometer - en mekanisk eller elektrisk enhed til måling af trækkraften eller drejningsmomentet for en maskine, værktøjsmaskine eller motor.
Bremsedynamometre kommer i en række forskellige designs; Disse omfatter for eksempel Prony-bremsen, hydrauliske og elektromagnetiske bremser.
Et elektromagnetisk dynamometer kan fremstilles i form af en miniatureanordning, der er egnet til at måle egenskaberne for små motorer.
Et galvanometer er et følsomt instrument til at måle svage strømme. Et galvanometer bruger det drejningsmoment, der produceres af samspillet mellem en hesteskoformet permanent magnet med en lille strømførende spole (en svag elektromagnet), der er ophængt i mellemrummet mellem magnetens poler. Drejningsmomentet, og dermed spolens afbøjning, er proportional med strømmen og den totale magnetiske induktion i luftgabet, således at apparatets skala er næsten lineær for små afbøjninger af spolen. Enheder baseret på det er den mest almindelige type enheder.
Stoffets magnetiske egenskaber er meget brugt i videnskab og teknologi som et middel til at studere strukturen af forskellige legemer. Sådan opstod videnskaben:
Magnetokemi er en gren af fysisk kemi, der studerer forholdet mellem stoffers magnetiske og kemiske egenskaber; Derudover studerer magnetokemi magnetfelters indflydelse på kemiske processer. Magnetokemi er baseret på moderne fysik af magnetiske fænomener. At studere forholdet mellem magnetiske og kemiske egenskaber gør det muligt at afklare funktionerne i den kemiske struktur af et stof.
Magnetisk fejldetektion, en metode til at søge efter defekter baseret på studiet af magnetfeltforvrængninger, der opstår ved defekter i produkter fremstillet af ferromagnetiske materialer.
Partikelaccelerator, en facilitet, hvor der ved hjælp af elektriske og magnetiske felter opnås rettede stråler af elektroner, protoner, ioner og andre ladede partikler med energi, der væsentligt overstiger termisk energi.
Moderne acceleratorer anvender talrige og varierede typer teknologi, inkl. kraftfulde præcisionsmagneter.
Acceleratorer spiller en vigtig praktisk rolle i medicinsk terapi og diagnostik. Mange hospitaler rundt om i verden råder nu over små lineære elektronacceleratorer, der genererer intense røntgenstråler, der bruges til at behandle tumorer. I mindre grad anvendes cyklotroner eller synkrotroner, der genererer protonstråler. Fordelen ved protoner i forhold til røntgenstråling i tumorterapi er en mere lokaliseret energifrigivelse. Derfor er protonterapi især effektiv til behandling af tumorer i hjernen og øjnene, hvor skader på omgivende sundt væv bør være så minimal som muligt.
Repræsentanter for forskellige videnskaber tager magnetfelter i betragtning i deres forskning. En fysiker måler atomers og elementarpartiklers magnetfelter, en astronom studerer kosmiske felters rolle i processen med dannelsen af nye stjerner, en geolog bruger anomalier i Jordens magnetfelt til at finde aflejringer af magnetiske malme, og for nylig har biologien også været aktivt involveret i undersøgelse og brug af magneter.
Biologisk videnskab i første halvdel af det 20. århundrede beskrev med sikkerhed vitale funktioner uden at tage hensyn til eksistensen af magnetiske felter. Desuden fandt nogle biologer det nødvendigt at understrege, at selv et stærkt kunstigt magnetfelt ikke har nogen effekt på biologiske objekter.
Encyklopædierne sagde intet om magnetfelternes indflydelse på biologiske processer. Hvert år dukkede isolerede positive betragtninger om en eller anden biologisk effekt af magnetfelter op i den videnskabelige litteratur verden over. Denne svage rislen kunne dog ikke smelte mistillidens isbjerg selv i formuleringen af selve problemet... Og pludselig forvandlede rislen til en stormfuld strøm. Lavinen af magnetobiologiske publikationer har, som om de faldt fra et toppunkt, været støt stigende siden begyndelsen af 60'erne og overdøver skeptiske udtalelser.
Fra alkymisterne i det 16. århundrede til i dag har magnetens biologiske virkning fundet beundrere og kritikere mange gange. Gentagne gange i løbet af flere århundreder har der været stigninger og fald i interessen for magneters helbredende virkning. Med dens hjælp forsøgte de at behandle (og ikke uden held) nervesygdomme, tandpine, søvnløshed, smerter i lever og mave - hundredvis af sygdomme.
Til medicinske formål begyndte magneter at blive brugt, sandsynligvis tidligere end til at bestemme kardinalretningerne.
Som et lokalt eksternt middel og som en amulet havde magneten stor succes blandt kinesere, hinduer, egyptere, arabere, grækere, romere osv. Filosoffen Aristoteles og historikeren Plinius nævner dets medicinske egenskaber i deres værker.
I anden halvdel af det 20. århundrede blev magnetiske armbånd udbredt, hvilket havde en gavnlig effekt på patienter med blodtryksforstyrrelser (hypertension og hypotension).
Udover permanente magneter bruges også elektromagneter. De bruges også til en lang række problemer inden for videnskab, teknologi, elektronik, medicin (nervesygdomme, karsygdomme i ekstremiteterne, hjerte-kar-sygdomme, kræft).
Mest af alt er videnskabsmænd tilbøjelige til at tro, at magnetiske felter øger kroppens modstand.
Der findes elektromagnetiske blodhastighedsmålere, miniaturekapsler, som ved hjælp af eksterne magnetfelter kan flyttes gennem blodkar for at udvide dem, tage prøver på bestemte dele af stien eller omvendt lokalt fjerne diverse medicin fra kapslerne.
En magnetisk metode til at fjerne metalpartikler fra øjet er meget brugt.
De fleste af os er bekendt med studiet af hjertefunktion ved hjælp af elektriske sensorer - et elektrokardiogram. Elektriske impulser genereret af hjertet skaber et magnetfelt i hjertet, som i max værdier er 10-6 af styrken af Jordens magnetfelt. Værdien af magnetokardiografi er, at den giver mulighed for at få information om de elektrisk "stille" områder i hjertet.
Det skal bemærkes, at biologer nu beder fysikere om at give en teori om den primære mekanisme for den biologiske virkning af magnetfeltet, og fysikere som svar kræver af biologer mere beviste biologiske fakta. Det er indlysende, at et tæt samarbejde mellem forskellige specialister vil lykkes.
Et vigtigt led, der forener magnetobiologiske problemer, er nervesystemets reaktion på magnetiske felter. Det er hjernen, der er den første til at reagere på eventuelle ændringer i det ydre miljø. Det er studiet af dets reaktioner, der vil være nøglen til at løse mange problemer inden for magnetobiologi.
Blandt de teknologiske revolutioner i slutningen af det 20. århundrede er en af de vigtigste forbrugernes overgang til nukleart brændsel. Igen kom magnetiske felter i fokus. Kun de vil være i stand til at bremse det egensindige plasma i en "fredelig" termonuklear reaktion, som skulle erstatte fissionsreaktionerne af radioaktive uran- og thoriumkerner.
Hvad ville du ellers brænde? - spørgsmålet, der altid plager energiarbejdere, er et tvangstankeromkvæd. I temmelig lang tid har brænde hjulpet os, men det har et lavt energiforbrug, og derfor er den brændefyrede civilisation primitiv. Vores nuværende rigdom er baseret på afbrænding af fossile brændstoffer, men let tilgængelige reserver af olie, kul og naturgas er langsomt, men sikkert ved at løbe tør. Helt vildt, vi er nødt til at omlægge landets brændstof- og energibalance til noget andet. I det næste århundrede skal resterne af organisk brændsel bevares til kemiens råstofbehov. Og det vigtigste energiråmateriale vil som bekendt være atombrændsel.
Ideen om magnetisk termisk isolering af plasma er baseret på den velkendte egenskab ved elektrisk ladede partikler, der bevæger sig i et magnetfelt for at bøje deres bane og bevæge sig langs en spiral af feltlinjer. Denne krumning af banen i et uensartet magnetfelt fører til, at partiklen skubbes ind i et område, hvor magnetfeltet er svagere. Opgaven er at omgive plasmaet på alle sider med et stærkere felt. Dette problem bliver løst i mange laboratorier rundt om i verden. Magnetisk indeslutning af plasma blev opdaget af sovjetiske videnskabsmænd, som i 1950 foreslog at indeslutte plasma i såkaldte magnetiske fælder (eller, som de ofte kaldes, magnetiske flasker).
Et eksempel på et meget simpelt system til magnetisk indeslutning af plasma er en fælde med magnetiske stik eller spejle (spejlfælde). Systemet er et langt rør, hvori der skabes et langsgående magnetfelt. Mere massive viklinger er viklet i enderne af røret end i midten. Dette fører til, at magnetfeltlinjerne i enderne af røret er tættere, og magnetfeltet i disse områder er stærkere. En partikel, der er fanget i en magnetisk flaske, kan således ikke forlade systemet, fordi den skulle krydse feltlinjerne og på grund af Lorentz-kraften "vinde op" på dem. På dette princip blev den enorme magnetiske fælde af Ogra-1-installationen, lanceret ved Institut for Atomenergi opkaldt efter I.V., bygget. Kurchatov i 1958. Ogra-1 vakuumkammeret har en længde på 19 m med en indvendig diameter på 1,4 m. Den gennemsnitlige diameter af viklingen, der skaber magnetfeltet, er 1,8 m, feltstyrken i midten af kammeret er 0,5 T. , i trafikpropper 0,8 T.
Omkostningerne til elektricitet fra termonukleare kraftværker vil være meget lave på grund af de lave omkostninger til råmaterialet (vand). Tiden kommer, hvor kraftværker vil generere bogstaveligt talt oceaner af elektricitet. Ved hjælp af denne elektricitet vil det måske være muligt ikke kun radikalt at ændre livsbetingelserne på Jorden - at vende floder tilbage, dræne sumpe, vandørkener - men også at ændre udseendet af det omgivende ydre rum - til befolke og "genoplive" Månen, for at omgive Mars med en atmosfære.
En af de største vanskeligheder på denne vej er skabelsen af et magnetfelt af en given geometri og størrelse. Magnetiske felter i moderne termonukleare fælder er relativt små. Men hvis vi tager hensyn til kamrenes enorme volumener, fraværet af en ferromagnetisk kerne samt de særlige krav til magnetfeltets form, som komplicerer oprettelsen af sådanne systemer, må vi indrømme, at de eksisterende fælder er en stor teknisk præstation.
Baseret på ovenstående kan vi konkludere, at der på nuværende tidspunkt ikke er nogen industri, hvor en magnet eller fænomenet magnetisme ikke bruges.
Takket være fremkomsten af en legering baseret på Nd-Fe-B (neodym, jern og bor) er brugen af magneter i industrien blevet betydeligt udvidet. Blandt de vigtigste fordele ved denne sjældne jordarters magnet sammenlignet med de tidligere brugte SmCo og Fe-P, er det især værd at bemærke dens tilgængelighed. Ved at kombinere høj klæbestyrke med kompakte dimensioner og lang levetid er sådanne produkter blevet efterspurgte inden for en lang række økonomiske aktivitetsområder.
Brug af neodymmagneter i forskellige industrisektorer
Begrænsninger ved brug af sjældne jordarters magneter baseret på neodym er forbundet med deres svaghed over for overophedning. Den øvre driftstemperatur for standardprodukter er +80⁰C, og for modificerede varmebestandige legeringer - +200⁰C. Med denne funktion i betragtning dækker brugen af neodymmagneter i industrien følgende områder:
Det vil være nyttigt at give nogle få definitioner og forklaringer helt i begyndelsen af arbejdet.
Hvis der et eller andet sted virker en kraft på legemer i bevægelse med en ladning, der ikke virker på stationære eller ladningsløse legemer, så siger man, at der er en kraft på dette sted. et magnetfelt en af de mere generelle formerelektromagnetisk felt.
Der er legemer, der er i stand til at skabe et magnetfelt omkring sig selv (og et sådant legeme påvirkes også af kraften fra et magnetfelt, de siges at være magnetiseret og har et magnetisk moment, som bestemmer kroppens evne til at skabe et magnetfelt); . Sådanne kroppe kaldes magneter.
Det skal bemærkes, at forskellige materialer reagerer forskelligt på et eksternt magnetfelt.
Der er materialer, der svækker virkningen af det ydre felt i sig selv paramagnetiske materialer og styrke det ydre felt i sig selv Diamagneter.
Der er materialer med en enorm evne (tusindvis af gange) til at forstærke det ydre felt inde i sig selv - jern, kobolt, nikkel, gadolinium, legeringer og forbindelser af disse metaller, de kaldesferromagneter.
Der er materialer blandt ferromagneter, som efter at være blevet udsat for et tilstrækkeligt stærkt eksternt magnetfelt selv bliver til magneterhårde magnetiske materialer.
Der er materialer, der koncentrerer et eksternt magnetfelt og, mens det er aktivt, opfører sig som magneter; men hvis det ydre felt forsvinder bliver de ikke til magneter dettebløde magnetiske materialer
INTRODUKTION
Vi er vant til magneten og behandler den lidt nedladende som en forældet egenskab ved skolernes fysiktimer, og nogle gange har vi ikke engang mistanke om, hvor mange magneter der er omkring os. Der er snesevis af magneter i vores lejligheder: i elektriske barbermaskiner, højttalere, båndoptagere, i ure, i krukker med søm, endelig. Vi er også selv magneter: Biostrømmene, der flyder i os, giver anledning til et bizart mønster af magnetiske kraftlinjer omkring os. Jorden vi lever på er en kæmpe blå magnet. Solen en gul plasmakugle en endnu mere grandiose magnet. Galakser og tåger, knap synlige gennem teleskoper, er magneter af uforståelig størrelse. Termonuklear fusion, magnetodynamisk generering af elektricitet, acceleration af ladede partikler i synkrotroner, løft af sunkne skibe - alt dette er områder, hvor enorme magneter af hidtil uset størrelse er påkrævet. Problemet med at skabe stærke, superstærke, ultrastærke og endnu stærkere magnetfelter er blevet et af de vigtigste inden for moderne fysik og teknologi.
Magneten har været kendt af mennesket siden umindelige tider. Vi har modtaget omtaler
om magneter og deres egenskaber i værkerThales fra Milet (ca. 600 f.Kr.) og Platon (427347 f.Kr.). Selve ordet "magnet" opstod på grund af det faktum, at naturlige magneter blev opdaget af grækerne i Magnesia (Thessalien).
Naturlige (eller naturlige) magneter forekommer i naturen i form af aflejringer af magnetiske malme. Den største kendte naturlige magnet er placeret på universitetet i Tartu. Dens masse er 13 kg, og den er i stand til at løfte en byrde på 40 kg.
Kunstige magneter er magneter skabt af mennesket baseret på forskelligeferromagneter. Såkaldte "pulver"-magneter (lavet af jern, kobolt og nogle andre tilsætningsstoffer) kan holde en belastning på mere end 5.000 gange deres egen vægt.
MED Der er to forskellige typer kunstige magneter:
Nogle såkaldtepermanente magneter, fremstillet af "magnetisk hårdt» materialer. Deres magnetiske egenskaber er ikke relateret til brugen af eksterne kilder eller strømme.
En anden type omfatter de såkaldte elektromagneter med en kerne fra " blød magnetisk» kirtel. De magnetiske felter, de skaber, skyldes hovedsageligt, at en elektrisk strøm passerer gennem den viklede ledning, der omgiver kernen.
I 1600 udkom den kongelige læge W. Gilberts bog "On the Magnet, Magnetic Bodies and the Great Magnet - the Earth" i London. Dette arbejde var det første forsøg, vi kendte til at studere magnetiske fænomener fra et videnskabeligt perspektiv. Dette værk indeholder den daværende information om elektricitet og magnetisme samt resultaterne af forfatterens egne eksperimenter.
Af alt, hvad en person møder, stræber han først og fremmest efter at få praktisk fordel. Magneten undgik heller ikke denne skæbne.
I mit arbejde vil jeg forsøge at spore, hvordan magneter bruges af mennesker ikke til krig, men til fredelige formål, herunder brugen af magneter i biologi, medicin og i hverdagen.
BRUG AF MAGNETER.
KOMPAS, en anordning til bestemmelse af vandrette retninger på jorden. Bruges til at bestemme retningen, som et skib, fly eller landkøretøj bevæger sig i; retningen, hvori fodgængeren går; anvisninger til et objekt eller et vartegn. Kompasser er opdelt i to hovedklasser: magnetiske kompasser af pointertypen, som bruges af topografer og turister, og ikke-magnetiske, såsom gyrokompasset og radiokompasset.
Ved det 11. århundrede. henviser til budskabet fra kineserne Shen Kua og Chu Yu om fremstilling af kompasser ud fra naturlige magneter og deres brug i navigation. Hvis
Hvis en lang nål lavet af en naturlig magnet er afbalanceret på en akse, der tillader den at rotere frit i et vandret plan, så vender den altid den ene ende mod nord og den anden mod syd. Ved at markere den nord-pegende ende kan du bruge et sådant kompas til at bestemme retninger.
Magnetiske effekter var koncentreret i enderne af en sådan nål, og derfor blev de kaldt poler (henholdsvis nord og syd).
Magneter bruges hovedsageligt inden for elektroteknik, radioteknik, instrumentfremstilling, automatisering og telemekanik. Her anvendes ferromagnetiske materialer til fremstilling af magnetiske kredsløb, relæer mv.
I 1820 opdagede G. Ørsted (17771851), at en strømførende leder virker på en magnetisk nål og drejer den. Blot en uge senere viste Ampere, at to parallelle ledere med strøm i samme retning tiltrækkes af hinanden. Senere foreslog han, at alle magnetiske fænomener er forårsaget af strømme, og de magnetiske egenskaber af permanente magneter er forbundet med strømme, der konstant cirkulerer inde i disse magneter. Denne antagelse er helt i overensstemmelse med moderne ideer.
Elektriske maskingeneratorer og elektriske motorer -rotationsmaskiner, der omdanner enten mekanisk energi til elektrisk energi (generatorer) eller elektrisk energi til mekanisk energi (motorer). Driften af generatorer er baseret på princippet om elektromagnetisk induktion: en elektromotorisk kraft (EMF) induceres i en ledning, der bevæger sig i et magnetfelt. Driften af elektriske motorer er baseret på, at en kraft virker på en strømførende ledning placeret i et tværgående magnetfelt.
Magnetoelektriske enheder.Sådanne enheder bruger kraften af interaktion af det magnetiske felt med strømmen i vindingerne af den bevægelige del og har en tendens til at dreje sidstnævnte
Induktions elmålere. En induktionsmåler er intet mere end en laveffekt AC-elektromotor med to viklinger: en strømvikling og en spændingsvikling. En ledende skive placeret mellem viklingerne roterer under påvirkning af et drejningsmoment, der er proportionalt med den forbrugte effekt. Dette drejningsmoment afbalanceres af strømme induceret i skiven af en permanent magnet, således at skivens rotationshastighed er proportional med strømforbruget.
Elektrisk armbåndsurdrevet af et miniaturebatteri. De kræver langt færre dele at betjene end mekaniske ure; Således omfatter kredsløbet af et typisk elektrisk bærbart ur to magneter, to induktorer og en transistor.
Lås - en mekanisk, elektrisk eller elektronisk enhed, der begrænser muligheden for uautoriseret brug af noget. Låsen kan aktiveres af en enhed (nøgle) i en specifik persons besiddelse, information (numerisk eller alfabetisk kode) indtastet af denne person, eller nogle individuelle karakteristika (f.eks. et nethindemønster) for den pågældende person. En lås forbinder normalt midlertidigt to samlinger eller to dele sammen i en enhed. Oftest er låse mekaniske, men elektromagnetiske låse bruges i stigende grad.
Magnetiske låse. Nogle modeller af cylinderlåse bruger magnetiske elementer. Låsen og nøglen er udstyret med matchende kodesæt af permanente magneter. Når den korrekte nøgle indsættes i nøglehullet, tiltrækker og placerer den låsens indvendige magnetiske elementer, så låsen kan åbnes.
Dynamometer - en mekanisk eller elektrisk anordning til måling af trækkraften eller drejningsmomentet for en maskine, værktøjsmaskine eller motor.
Bremse dynamometrekommer i en bred vifte af designs; Disse omfatter for eksempel Prony-bremsen, hydrauliske og elektromagnetiske bremser.
Elektromagnetisk dynamometerkan fremstilles i form af en miniatureanordning, der er egnet til at måle egenskaberne for små motorer.
Galvanometer en følsom enhed til måling af svage strømme. Et galvanometer bruger det drejningsmoment, der produceres af samspillet mellem en hesteskoformet permanent magnet med en lille strømførende spole (en svag elektromagnet), der er ophængt i mellemrummet mellem magnetens poler. Drejningsmomentet, og dermed spolens afbøjning, er proportional med strømmen og den totale magnetiske induktion i luftgabet, således at apparatets skala er næsten lineær for små afbøjninger af spolen. Enheder baseret på det er den mest almindelige type enheder.
Udvalget af fremstillede enheder er bredt og varieret: tavleapparater til jævn- og vekselstrøm (magnetoelektriske, magnetoelektriske med ensretter og elektromagnetiske systemer), kombinerede enheder, ampere-voltmetre, til diagnosticering og justering af elektrisk udstyr i køretøjer, måling af temperaturen på plane overflader , instrumenter til at udstyre skoleklasser, testere og målere af forskellige elektriske parametre
Produktion af slibemidler - små, hårde, skarpe partikler, der anvendes i fri eller bundet form til mekanisk bearbejdning (herunder formning, skrubning, slibning, polering) af forskellige materialer og produkter fremstillet af dem (fra store stålplader til krydsfinerplader, optiske glas og computerchips). Slibemidler kan være naturlige eller kunstige. Virkningen af slibemidler reduceres til at fjerne en del af materialet fra overfladen, der behandles.Under fremstillingen af kunstige slibemidler sætter ferrosilicium i blandingen sig til bunds i ovnen, men små mængder indlejres i slibemidlet og fjernes senere med en magnet.
Stoffets magnetiske egenskaber er meget brugt i videnskab og teknologi som et middel til at studere strukturen af forskellige legemer. Sådan opstod de Videnskaber:
Magnetokh og Miya (magnetokemi) - en gren af fysisk kemi, der studerer forholdet mellem stoffers magnetiske og kemiske egenskaber; Derudover studerer magnetokemi magnetfelters indflydelse på kemiske processer. Magnetokemi er baseret på moderne fysik af magnetiske fænomener. At studere forholdet mellem magnetiske og kemiske egenskaber gør det muligt at afklare funktionerne i den kemiske struktur af et stof.
Magnetisk fejldetektion, en metode til at søge efter defekter, baseret på undersøgelsen af magnetfeltforvrængninger, der opstår ved defekter i produkter fremstillet af ferromagnetiske materialer.
. Mikrobølgeteknologi
Ultrahøjt frekvensområde (UHF) - frekvensområde for elektromagnetisk stråling (100¸ 300.000 millioner hertz), placeret i spektret mellem ultrahøje tv-frekvenser og fjerninfrarøde frekvenser
Forbindelse. Mikrobølgeradiobølger er meget udbredt i kommunikationsteknologi. Ud over forskellige militære radiosystemer er der talrige kommercielle mikrobølgekommunikationslinjer i alle lande i verden. Da sådanne radiobølger ikke følger krumningen af jordens overflade, men bevæger sig i en lige linje, består disse kommunikationsforbindelser typisk af relæstationer installeret på bakketoppe eller radiotårne med intervaller på omkring 50 km.
Varmebehandling af fødevarer.Mikrobølgestråling bruges til varmebehandling af fødevarer i hjemmet og i fødevareindustrien. Den energi, der genereres af højeffekt vakuumrør, kan koncentreres til et lille volumen til højeffektiv termisk behandling af produkter i den såkaldte. mikrobølgeovne eller mikrobølgeovne, kendetegnet ved renhed, lydløshed og kompakthed. Sådanne anordninger bruges i flykabysser, jernbane-spisevogne og salgsautomater, hvor hurtig madlavning og tilberedning er påkrævet. Industrien producerer også mikrobølgeovne til husholdningsbrug.
Hurtige fremskridt inden for mikrobølgeteknologi er i høj grad forbundet med opfindelsen af specielle elektrovakuumanordninger - magnetron og klystron, der er i stand til at generere store mængder mikrobølgeenergi. En generator baseret på en konventionel vakuumtriode, der bruges ved lave frekvenser, viser sig at være meget ineffektiv i mikrobølgeområdet.
Magnetron. Magnetronen, der blev opfundet i Storbritannien før Anden Verdenskrig, har ikke disse ulemper, da den er baseret på en helt anden tilgang til generering af mikrobølgestråling - princippet om en volumetrisk resonator
Magnetronen har flere volumetriske resonatorer placeret symmetrisk omkring katoden placeret i midten. Enheden er placeret mellem polerne på en stærk magnet.
Vandrende bølgelampe (TWT).En anden elektrovakuumanordning til generering og forstærkning af elektromagnetiske bølger i mikrobølgeområdet er en vandrende bølgelampe. Den består af et tyndt evakueret rør indsat i en fokuserende magnetisk spole.
Partikelaccelerator, en installation, hvor der ved hjælp af elektriske og magnetiske felter opnås rettede stråler af elektroner, protoner, ioner og andre ladede partikler med energi, der væsentligt overstiger termisk energi.
Moderne acceleratorer anvender talrige og varierede typer teknologi, inkl. kraftfulde præcisionsmagneter.
I medicinsk terapi og diagnostikacceleratorer spiller en vigtig praktisk rolle. Mange hospitaler rundt om i verden råder nu over små lineære elektronacceleratorer, der genererer intense røntgenstråler, der bruges til at behandle tumorer. I mindre grad anvendes cyklotroner eller synkrotroner, der genererer protonstråler. Fordelen ved protoner i forhold til røntgenstråling i tumorterapi er en mere lokaliseret energifrigivelse. Derfor er protonterapi især effektiv til behandling af tumorer i hjernen og øjnene, hvor skader på omgivende sundt væv bør være så minimal som muligt.
Repræsentanter for forskellige videnskaber tager magnetfelter i betragtning i deres forskning. En fysiker måler atomers og elementarpartiklers magnetfelter, en astronom studerer kosmiske felters rolle i processen med dannelsen af nye stjerner, en geolog bruger anomalier i Jordens magnetfelt til at finde aflejringer af magnetiske malme, og for nylig har biologien også været aktivt involveret i undersøgelse og brug af magneter.
Biologisk videnskabførste halvdel XX århundreder beskrev med sikkerhed vitale funktioner uden at tage hensyn til eksistensen af magnetiske felter. Desuden fandt nogle biologer det nødvendigt at understrege, at selv et stærkt kunstigt magnetfelt ikke har nogen effekt på biologiske objekter.
Encyklopædierne sagde intet om magnetfelternes indflydelse på biologiske processer. Hvert år dukkede isolerede positive betragtninger om en eller anden biologisk effekt af magnetfelter op i den videnskabelige litteratur verden over. Denne svage rislen kunne dog ikke smelte mistillidens isbjerg selv i formuleringen af selve problemet... Og pludselig forvandlede rislen til en stormfuld strøm. Lavinen af magnetobiologiske publikationer har, som om de faldt fra et toppunkt, været støt stigende siden begyndelsen af 60'erne og overdøver skeptiske udtalelser.
Fra alkymisterne XVI århundrede og den dag i dag har magnetens biologiske effekt fundet beundrere og kritikere mange gange. Gentagne gange i løbet af flere århundreder har der været stigninger og fald i interessen for magneters helbredende virkning. Med dens hjælp forsøgte de at behandle (og ikke uden held) nervøse sygdomme, tandpine, søvnløshed, smerter i lever og mave - hundredvis af sygdomme.
Til medicinske formål begyndte magneter at blive brugt, sandsynligvis tidligere end til at bestemme kardinalretningerne.
Som et lokalt ydre middel og som en amulet nød magneten stor succes blandt kinesere, indere, egyptere og arabere. GRÆKERE, romere osv. Filosoffen Aristoteles og historikeren Plinius nævner dets medicinske egenskaber i deres værker.
I anden halvleg XX århundrede er magnetiske armbånd blevet udbredt og har en gavnlig effekt på patienter med blodtryksforstyrrelser (hypertension og hypotension).
Udover permanente magneter bruges også elektromagneter. De bruges også til en lang række problemer inden for videnskab, teknologi, elektronik, medicin (nervesygdomme, karsygdomme i ekstremiteterne, hjerte-kar-sygdomme, kræft).
Mest af alt er videnskabsmænd tilbøjelige til at tro, at magnetiske felter øger kroppens modstand.
Der findes elektromagnetiske blodhastighedsmålere, miniaturekapsler, som ved hjælp af eksterne magnetfelter kan flyttes gennem blodkar for at udvide dem, tage prøver på bestemte dele af stien eller omvendt lokalt fjerne diverse medicin fra kapslerne.
En magnetisk metode til at fjerne metalpartikler fra øjet er meget brugt.
De fleste af os er bekendt med studiet af hjertefunktion ved hjælp af elektriske sensorer - et elektrokardiogram. Elektriske impulser produceret af hjertet skaber et magnetfelt i hjertet, som max værdier er 10-6 styrken af jordens magnetfelt. Værdien af magnetokardiografi er, at den giver mulighed for at få information om de elektrisk "stille" områder i hjertet.
Det skal bemærkes, at biologer nu beder fysikere om at give en teori om den primære mekanisme for den biologiske virkning af magnetfeltet, og fysikere som svar kræver af biologer mere beviste biologiske fakta. Det er indlysende, at et tæt samarbejde mellem forskellige specialister vil lykkes.
Et vigtigt led, der forener magnetobiologiske problemer, er nervesystemets reaktion på magnetiske felter. Det er hjernen, der er den første til at reagere på eventuelle ændringer i det ydre miljø. Det er studiet af dets reaktioner, der vil være nøglen til at løse mange problemer inden for magnetobiologi.
Den enkleste konklusion, der kan drages fra ovenstående, er, at der ikke er noget område med anvendt menneskelig aktivitet, hvor magneter ikke bruges.
Referencer:
- TSB, anden udgave, Moskva, 1957.
- Kholodov Yu.A. "Manden i det magnetiske net", "Znanie", Moskva, 1972.
- Materialer fra Internet-leksikonet
- Putilov K.A. "Fysikkursus", "Fizmatgiz", Moskva, 1964.
Der er to forskellige typer magneter. Nogle er såkaldte permanente magneter, lavet af "hårde magnetiske" materialer. Deres magnetiske egenskaber er ikke relateret til brugen af eksterne kilder eller strømme. En anden type omfatter de såkaldte elektromagneter med en kerne lavet af "blødt magnetisk" jern. De magnetiske felter, de skaber, skyldes hovedsageligt, at en elektrisk strøm passerer gennem den viklede ledning, der omgiver kernen.
Magnetiske poler og magnetfelt.
De magnetiske egenskaber af en stangmagnet er mest mærkbare nær dens ender. Hvis en sådan magnet hænges ved midterdelen, så den kan rotere frit i et vandret plan, så vil den indtage en position omtrent svarende til retningen fra nord til syd. Den ende af stangen, der peger mod nord, kaldes nordpolen, og den modsatte ende kaldes sydpolen. Modsatte poler af to magneter tiltrækker hinanden, og ligesom poler frastøder hinanden.
Hvis en stang af umagnetiseret jern bringes tæt på en af polerne på en magnet, vil sidstnævnte blive midlertidigt magnetiseret. I dette tilfælde vil polen på den magnetiserede stang nærmest magnetens pol være modsat i navnet, og den fjerneste vil have samme navn. Tiltrækningen mellem magnetens pol og den modsatte pol induceret af den i stangen forklarer magnetens virkning. Nogle materialer (såsom stål) bliver selv svage permanente magneter efter at have været i nærheden af en permanent magnet eller elektromagnet. En stålstang kan magnetiseres ved blot at føre enden af en stang permanent magnet langs dens ende.
Så en magnet tiltrækker andre magneter og genstande lavet af magnetiske materialer uden at være i kontakt med dem. Denne handling på afstand forklares ved eksistensen af et magnetfelt i rummet omkring magneten. En idé om intensiteten og retningen af dette magnetiske felt kan opnås ved at hælde jernspåner på et ark pap eller glas placeret på en magnet. Savsmuldet vil opstilles i kæder i retning af marken, og tætheden af savsmuldslinjerne vil svare til intensiteten af dette felt. (De er tykkest i enderne af magneten, hvor intensiteten af magnetfeltet er størst.)
M. Faraday (1791-1867) introducerede konceptet med lukkede induktionslinjer til magneter. Induktionslinjerne strækker sig ind i det omgivende rum fra magneten ved dens nordpol, går ind i magneten ved dens sydpol og passerer inde i magnetmaterialet fra sydpolen tilbage til nord og danner en lukket sløjfe. Det samlede antal induktionslinjer, der kommer ud af en magnet, kaldes magnetisk flux. Magnetisk fluxtæthed eller magnetisk induktion ( I), er lig med antallet af induktionslinjer, der passerer langs normalen gennem et elementært område af enhedsstørrelse.
Magnetisk induktion bestemmer den kraft, hvormed et magnetfelt virker på en strømførende leder placeret i den. Hvis den leder, som strømmen går igennem jeg, er placeret vinkelret på induktionslinjerne, så ifølge Amperes lov kraften F, der virker på lederen, er vinkelret på både feltet og lederen og er proportional med den magnetiske induktion, strømstyrke og længde af lederen. Således til magnetisk induktion B du kan skrive et udtryk
Hvor F- kraft i newton, jeg– strøm i ampere, l– længde i meter. Måleenheden for magnetisk induktion er tesla (T).
Galvanometer.
Et galvanometer er et følsomt instrument til at måle svage strømme. Et galvanometer bruger det drejningsmoment, der produceres af samspillet mellem en hesteskoformet permanent magnet med en lille strømførende spole (en svag elektromagnet), der er ophængt i mellemrummet mellem magnetens poler. Drejningsmomentet, og dermed spolens afbøjning, er proportional med strømmen og den totale magnetiske induktion i luftgabet, således at apparatets skala er næsten lineær for små afbøjninger af spolen.
Magnetiseringskraft og magnetisk feltstyrke.
Dernæst bør vi introducere en anden størrelse, der karakteriserer den magnetiske effekt af elektrisk strøm. Antag, at strømmen går gennem ledningen af en lang spole, inden i hvilken der er et magnetiserbart materiale. Den magnetiserende kraft er produktet af den elektriske strøm i spolen og antallet af dens vindinger (denne kraft måles i ampere, da antallet af vindinger er en dimensionsløs størrelse). Magnetisk feltstyrke N lig med magnetiseringskraften pr. længdeenhed af spolen. Altså værdien N målt i ampere pr. meter; det bestemmer magnetiseringen erhvervet af materialet inde i spolen.
I en vakuum magnetisk induktion B proportional med magnetfeltstyrken N:
Hvor m 0 – såkaldt magnetisk konstant med en universel værdi på 4 s H 10 –7 H/m. I mange materialer værdien B omtrent proportional N. Men i ferromagnetiske materialer er forholdet mellem B Og N noget mere kompliceret (som vil blive diskuteret nedenfor).
I fig. 1 viser en simpel elektromagnet designet til at gribe laster. Energikilden er et DC-batteri. Figuren viser også elektromagnetens feltlinjer, som kan detekteres ved den sædvanlige metode med jernspåner.
Store elektromagneter med jernkerner og et meget stort antal ampere-omdrejninger, der fungerer i kontinuerlig tilstand, har en stor magnetiserende kraft. De skaber en magnetisk induktion på op til 6 Tesla i mellemrummet mellem polerne; denne induktion er kun begrænset af mekanisk belastning, opvarmning af spolerne og magnetisk mætning af kernen. En række gigantiske vandkølede elektromagneter (uden kerne) samt installationer til at skabe pulserende magnetiske felter, blev designet af P.L Kapitsa (1894-1984) i Cambridge og ved Institute of Physical Problems ved USSR Academy of Sciences og. F. Bitter (1902–1967) i Massachusetts Institute of Technology. Med sådanne magneter var det muligt at opnå induktion på op til 50 Tesla. En relativt lille elektromagnet, der producerer felter på op til 6,2 Tesla, forbruger 15 kW elektrisk strøm og køles af flydende brint, blev udviklet på Losalamos National Laboratory. Lignende felter opnås ved kryogene temperaturer.
Magnetisk permeabilitet og dens rolle i magnetisme.
Magnetisk permeabilitet m er en størrelse, der karakteriserer et materiales magnetiske egenskaber. Ferromagnetiske metaller Fe, Ni, Co og deres legeringer har meget høje maksimale permeabiliteter - fra 5000 (for Fe) til 800.000 (for supermalloy). I sådanne materialer ved relativt lave feltstyrker H store induktioner forekommer B, men forholdet mellem disse størrelser er generelt set ikke-lineært på grund af fænomenerne mætning og hysterese, som diskuteres nedenfor. Ferromagnetiske materialer tiltrækkes stærkt af magneter. De mister deres magnetiske egenskaber ved temperaturer over Curie-punktet (770°C for Fe, 358°C for Ni, 1120°C for Co) og opfører sig som paramagneter, for hvilke induktion B op til meget høje spændingsværdier H er proportional med det - nøjagtig det samme som det er i et vakuum. Mange grundstoffer og forbindelser er paramagnetiske ved alle temperaturer. Paramagnetiske stoffer er kendetegnet ved, at de bliver magnetiserede i et eksternt magnetfelt; hvis dette felt er slået fra, vender de paramagnetiske stoffer tilbage til en ikke-magnetiseret tilstand. Magnetisering i ferromagneter opretholdes, selv efter at det eksterne felt er slukket.
I fig. Figur 2 viser en typisk hysteresesløjfe for et magnetisk hårdt (med store tab) ferromagnetisk materiale. Det karakteriserer den tvetydige afhængighed af magnetiseringen af et magnetisk ordnet materiale af styrken af magnetiseringsfeltet. Med stigende magnetfeltstyrke fra startpunktet (nul) ( 1 ) magnetisering sker langs den stiplede linje 1 –2 , og værdien mændres væsentligt, når magnetiseringen af prøven øges. På punktet 2 mætning opnås, dvs. med en yderligere stigning i spændingen øges magnetiseringen ikke længere. Hvis vi nu gradvist mindsker værdien H til nul, derefter kurven B(H) følger ikke længere den samme vej, men går gennem punktet 3 , der så at sige afslører en "hukommelse" af materialet om "fortidshistorie", deraf navnet "hysterese". Det er indlysende, at i dette tilfælde bevares en vis resterende magnetisering (segment 1 –3 ). Efter at have ændret retningen af magnetiseringsfeltet til den modsatte retning, kurven I (N) passerer pointen 4 , og segmentet ( 1 )–(4 ) svarer til den tvangskraft, der forhindrer afmagnetisering. Yderligere stigning i værdier (- H) bringer hysteresekurven til tredje kvadrant - sektionen 4 –5 . Det efterfølgende fald i værdi (- H) til nul og derefter stigende positive værdier H vil føre til lukning af hysteresesløjfen gennem punkterne 6 , 7 Og 2 .
Hårde magnetiske materialer er karakteriseret ved en bred hystereseløkke, der dækker et betydeligt område på diagrammet og svarer derfor til store værdier af remanent magnetisering (magnetisk induktion) og tvangskraft. En smal hystereseløkke (fig. 3) er karakteristisk for bløde magnetiske materialer, såsom blødt stål og specielle legeringer med høj magnetisk permeabilitet. Sådanne legeringer blev skabt med det formål at reducere energitab forårsaget af hysterese. De fleste af disse specielle legeringer, ligesom ferritter, har høj elektrisk modstand, hvilket reducerer ikke kun magnetiske tab, men også elektriske tab forårsaget af hvirvelstrømme.
Magnetiske materialer med høj permeabilitet fremstilles ved udglødning, udført ved at holde ved en temperatur på omkring 1000 ° C, efterfulgt af anløbning (gradvis afkøling) til stuetemperatur. I dette tilfælde er foreløbig mekanisk og termisk behandling såvel som fraværet af urenheder i prøven meget vigtige. Til transformatorkerner i begyndelsen af det 20. århundrede. silicium stål blev udviklet, værdien m som steg med stigende siliciumindhold. Mellem 1915 og 1920 dukkede permalloys (legeringer af Ni og Fe) op med en karakteristisk smal og næsten rektangulær hystereseløkke. Særligt høje magnetiske permeabilitetsværdier m ved små værdier H legeringerne adskiller sig i hypernisk (50 % Ni, 50 % Fe) og mu-metal (75 % Ni, 18 % Fe, 5 % Cu, 2 % Cr), mens de er i perminvar (45 % Ni, 30 % Fe, 25 % Co ) værdi m praktisk talt konstant over en lang række ændringer i feltstyrke. Blandt moderne magnetiske materialer skal nævnes supermalloy, en legering med den højeste magnetiske permeabilitet (den indeholder 79% Ni, 15% Fe og 5% Mo).
Teorier om magnetisme.
For første gang opstod gætningen om, at magnetiske fænomener i sidste ende reduceres til elektriske fænomener, fra Ampere i 1825, da han udtrykte ideen om lukkede interne mikrostrømme, der cirkulerer i hvert atom i en magnet. Uden nogen eksperimentel bekræftelse af tilstedeværelsen af sådanne strømme i stoffet (elektronen blev først opdaget af J. Thomson i 1897, og beskrivelsen af atomets struktur blev givet af Rutherford og Bohr i 1913), "blegnede denne teori sig ." I 1852 foreslog W. Weber, at hvert atom i et magnetisk stof er en lille magnet eller magnetisk dipol, således at fuldstændig magnetisering af et stof opnås, når alle individuelle atommagneter er justeret i en bestemt rækkefølge (fig. 4, b). Weber mente, at molekylær eller atomær "friktion" hjælper disse elementære magneter med at opretholde deres orden på trods af den forstyrrende indflydelse fra termiske vibrationer. Hans teori var i stand til at forklare magnetiseringen af legemer ved kontakt med en magnet, såvel som deres afmagnetisering ved stød eller opvarmning; endelig blev "gengivelsen" af magneter, når man skærer en magnetiseret nål eller magnetisk stang i stykker, også forklaret. Og alligevel forklarede denne teori hverken oprindelsen af selve de elementære magneter eller fænomenerne mætning og hysterese. Webers teori blev forbedret i 1890 af J. Ewing, som erstattede sin hypotese om atomfriktion med ideen om interatomiske begrænsende kræfter, der hjælper med at opretholde rækkefølgen af de elementære dipoler, der udgør en permanent magnet.
Tilgangen til problemet, engang foreslået af Ampere, fik et nyt liv i 1905, da P. Langevin forklarede paramagnetiske materialers opførsel ved at tilskrive hvert atom en intern ukompenseret elektronstrøm. Ifølge Langevin er det disse strømme, der danner bittesmå magneter, der er tilfældigt orienteret, når der ikke er noget ydre felt, men får en ordnet orientering, når det påføres. I dette tilfælde svarer tilgangen til fuldstændig rækkefølge til mætning af magnetisering. Derudover introducerede Langevin begrebet et magnetisk moment, som for en individuel atommagnet er lig med produktet af en pols "magnetiske ladning" og afstanden mellem polerne. Paramagnetiske materialers svage magnetisme skyldes således det totale magnetiske moment skabt af ukompenserede elektronstrømme.
I 1907 introducerede P. Weiss begrebet "domæne", som blev et vigtigt bidrag til den moderne teori om magnetisme. Weiss forestillede sig domæner som små "kolonier" af atomer, inden for hvilke de magnetiske momenter af alle atomer af en eller anden grund er tvunget til at opretholde den samme orientering, så hvert domæne magnetiseres til mætning. Et separat domæne kan have lineære dimensioner i størrelsesordenen 0,01 mm og følgelig et volumen i størrelsesordenen 10-6 mm 3 . Domænerne er adskilt af såkaldte Bloch-vægge, hvis tykkelse ikke overstiger 1000 atomstørrelser. "Væggen" og to modsat orienterede domæner er vist skematisk i fig. 5. Sådanne vægge repræsenterer "overgangslag", hvor retningen af domænemagnetisering ændres.
I det generelle tilfælde kan der skelnes mellem tre sektioner på den indledende magnetiseringskurve (fig. 6). I den indledende sektion bevæger væggen sig under påvirkning af et eksternt felt gennem stoffets tykkelse, indtil den støder på en defekt i krystalgitteret, som stopper det. Ved at øge feltstyrken kan du tvinge væggen til at bevæge sig længere, gennem midtersektionen mellem de stiplede linjer. Hvis feltstyrken efter dette igen reduceres til nul, vil væggene ikke længere vende tilbage til deres oprindelige position, så prøven forbliver delvist magnetiseret. Dette forklarer hysteresen af magneten. Ved den sidste sektion af kurven ender processen med mætning af magnetiseringen af prøven på grund af rækkefølgen af magnetiseringen inde i de sidste uordnede domæner. Denne proces er næsten fuldstændig reversibel. Magnetisk hårdhed udvises af de materialer, hvis atomgitter indeholder mange defekter, der hæmmer bevægelsen af interdomænevægge. Dette kan opnås ved mekanisk og termisk behandling, for eksempel ved kompression og efterfølgende sintring af det pulveriserede materiale. I alnico-legeringer og deres analoger opnås det samme resultat ved at fusionere metaller til en kompleks struktur.
Ud over paramagnetiske og ferromagnetiske materialer findes der materialer med såkaldte antiferromagnetiske og ferrimagnetiske egenskaber. Forskellen mellem disse typer magnetisme er forklaret i fig. 7. Ud fra begrebet domæner kan paramagnetisme betragtes som et fænomen forårsaget af tilstedeværelsen i materialet af små grupper af magnetiske dipoler, hvor individuelle dipoler interagerer meget svagt med hinanden (eller slet ikke interagerer) og derfor , i fravær af et eksternt felt, tag kun tilfældige orienteringer (fig. 7, EN). I ferromagnetiske materialer er der inden for hvert domæne en stærk interaktion mellem individuelle dipoler, hvilket fører til deres ordnede parallelle justering (fig. 7, b). I antiferromagnetiske materialer, tværtimod, fører interaktionen mellem individuelle dipoler til deres antiparallelle ordnede justering, således at det samlede magnetiske moment for hvert domæne er nul (fig. 7, V). Endelig er der i ferrimagnetiske materialer (f.eks. ferritter) både parallel og antiparallel orden (fig. 7, G), hvilket resulterer i svag magnetisme.
Der er to overbevisende eksperimentelle bekræftelser på eksistensen af domæner. Den første af dem er den såkaldte Barkhausen-effekt, den anden er metoden med pulverfigurer. I 1919 fastslog G. Barkhausen, at når et eksternt felt påføres en prøve af ferromagnetisk materiale, ændres dets magnetisering i små diskrete dele. Fra domæneteoriens synspunkt er dette intet andet end en brat fremrykning af interdomænevæggen, der på sin vej støder på individuelle defekter, der forsinker den. Denne effekt detekteres normalt ved hjælp af en spole, hvori en ferromagnetisk stang eller ledning er placeret. Hvis du skiftevis bringer en stærk magnet mod og væk fra prøven, vil prøven blive magnetiseret og remagnetiseret. Pludselige ændringer i magnetiseringen af prøven ændrer den magnetiske flux gennem spolen, og en induktionsstrøm exciteres i den. Spændingen, der genereres i spolen, forstærkes og føres til indgangen på et par akustiske hovedtelefoner. Klik, der høres gennem hovedtelefoner, indikerer en brat ændring i magnetiseringen.
For at identificere domænestrukturen af en magnet ved hjælp af pulverfigurmetoden påføres en dråbe af en kolloid suspension af ferromagnetisk pulver (normalt Fe 3 O 4) på en velpoleret overflade af et magnetiseret materiale. Pulverpartikler sætter sig hovedsageligt på steder med maksimal inhomogenitet af magnetfeltet - ved grænserne af domæner. Denne struktur kan studeres under et mikroskop. En fremgangsmåde baseret på passage af polariseret lys gennem et transparent ferromagnetisk materiale er også blevet foreslået.
Weiss' originale teori om magnetisme i dens hovedtræk har bevaret sin betydning indtil i dag, men har dog modtaget en opdateret fortolkning baseret på ideen om ukompenserede elektronspin som en faktor, der bestemmer atommagnetisme. Hypotesen om eksistensen af en elektrons eget momentum blev fremsat i 1926 af S. Goudsmit og J. Uhlenbeck, og på nuværende tidspunkt er det elektroner som spin-bærere, der betragtes som "elementære magneter".
For at forklare dette koncept skal du overveje (fig. 8) et frit jernatom, et typisk ferromagnetisk materiale. Dens to skaller ( K Og L), er dem, der er tættest på kernen, fyldt med elektroner, hvor den første af dem indeholder to og den anden indeholder otte elektroner. I K-skal, spin af en af elektronerne er positiv, og den anden er negativ. I L-skal (mere præcist, i sine to underskaller), fire af de otte elektroner har positive spins, og de andre fire har negative spins. I begge tilfælde kompenseres elektronspin inden for en skal fuldstændigt, således at det samlede magnetiske moment er nul. I M-shell, situationen er anderledes, da ud af de seks elektroner placeret i den tredje subshell, har fem elektroner spin rettet i den ene retning, og kun den sjette i den anden. Som følge heraf forbliver fire ukompenserede spins, som bestemmer jernatomets magnetiske egenskaber. (I det ydre N-skal har kun to valenselektroner, som ikke bidrager til jernatomets magnetisme.) Magnetismen af andre ferromagneter, såsom nikkel og kobolt, forklares på lignende måde. Da naboatomer i en jernprøve interagerer stærkt med hinanden, og deres elektroner er delvist kollektiviserede, bør denne forklaring kun betragtes som et visuelt, men meget forenklet diagram over den virkelige situation.
Teorien om atommagnetisme, baseret på at tage elektronspin i betragtning, understøttes af to interessante gyromagnetiske eksperimenter, hvoraf det ene blev udført af A. Einstein og W. de Haas, og det andet af S. Barnett. I det første af disse eksperimenter blev en cylinder af ferromagnetisk materiale suspenderet som vist i fig. 9. Hvis der føres strøm gennem viklingstråden, roterer cylinderen om sin akse. Når retningen af strømmen (og dermed magnetfeltet) ændres, drejer den i den modsatte retning. I begge tilfælde skyldes cylinderens rotation rækkefølgen af elektronspin. I Barnetts eksperiment bliver en ophængt cylinder, skarpt bragt i en rotationstilstand, tværtimod magnetiseret i fravær af et magnetfelt. Denne effekt forklares ved, at når magneten roterer, skabes et gyroskopisk moment, som har en tendens til at rotere spin-momenterne i retning af sin egen rotationsakse.
For en mere fuldstændig forklaring af arten og oprindelsen af kortrækkende kræfter, der beordrer tilstødende atommagneter og modvirker den uordnede indflydelse af termisk bevægelse, bør man vende sig til kvantemekanikken. En kvantemekanisk forklaring på arten af disse kræfter blev foreslået i 1928 af W. Heisenberg, som postulerede eksistensen af udvekslingsinteraktioner mellem naboatomer. Senere viste G. Bethe og J. Slater, at udvekslingskræfter øges betydeligt med aftagende afstand mellem atomer, men når de når en vis minimum interatomisk afstand, falder de til nul.
STOFFETS MAGNETISKE EGENSKABER
En af de første omfattende og systematiske undersøgelser af stoffets magnetiske egenskaber blev foretaget af P. Curie. Han fastslog, at alle stoffer i henhold til deres magnetiske egenskaber kan opdeles i tre klasser. Den første kategori omfatter stoffer med udtalte magnetiske egenskaber, svarende til egenskaberne af jern. Sådanne stoffer kaldes ferromagnetiske; deres magnetfelt er mærkbart på betydelige afstande ( cm. højere). Den anden klasse omfatter stoffer kaldet paramagnetiske; Deres magnetiske egenskaber svarer generelt til ferromagnetiske materialers, men meget svagere. For eksempel kan tiltrækningskraften til polerne af en kraftig elektromagnet rive en jernhammer ud af dine hænder, og for at registrere tiltrækningen af et paramagnetisk stof til den samme magnet har du normalt brug for meget følsomme analytiske balancer. Den sidste, tredje klasse omfatter de såkaldte diamagnetiske stoffer. De frastødes af en elektromagnet, dvs. kraften, der virker på diamagnetiske materialer, er rettet modsat den, der virker på ferro- og paramagnetiske materialer.
Måling af magnetiske egenskaber.
Når man studerer magnetiske egenskaber, er to typer målinger vigtigst. Den første af dem er at måle kraften, der virker på en prøve nær en magnet; Sådan bestemmes prøvens magnetisering. Den anden omfatter målinger af "resonans" frekvenser forbundet med magnetisering af stof. Atomer er bittesmå "gyroer" og i et magnetisk feltprecess (som en almindelig top under påvirkning af drejningsmomentet skabt af tyngdekraften) med en frekvens, der kan måles. Derudover virker en kraft på frit ladede partikler, der bevæger sig vinkelret på de magnetiske induktionslinjer, ligesom elektronstrømmen i en leder. Det får partiklen til at bevæge sig i en cirkulær bane, hvis radius er givet af
R = mv/eB,
Hvor m- partikelmasse, v- dens hastighed, e er dens afgift, og B- magnetisk feltinduktion. Hyppigheden af en sådan cirkulær bevægelse er
Hvor f målt i hertz, e– i vedhæng, m– i kilogram, B- i Tesla. Denne frekvens karakteriserer bevægelsen af ladede partikler i et stof placeret i et magnetfelt. Begge typer bevægelse (præcession og bevægelse langs cirkulære baner) kan exciteres ved at veksle felter med resonansfrekvenser svarende til de "naturlige" frekvenser, der er karakteristiske for et givet materiale. I det første tilfælde kaldes resonansen magnetisk, og i den anden - cyklotron (på grund af dens lighed med den cykliske bevægelse af en subatomær partikel i en cyklotron).
Når vi taler om atomers magnetiske egenskaber, er det nødvendigt at være særlig opmærksom på deres vinkelmomentum. Magnetfeltet virker på den roterende atomare dipol og har en tendens til at rotere den og placere den parallelt med feltet. I stedet begynder atomet at præcessere rundt om feltets retning (fig. 10) med en frekvens, der afhænger af dipolmomentet og styrken af det påførte felt.
Atompræcession er ikke direkte observerbar, fordi alle atomer i en prøve præcesserer i en anden fase. Hvis vi anvender et lille vekselfelt rettet vinkelret på det konstante ordensfelt, etableres et vist faseforhold mellem de forudgående atomer, og deres samlede magnetiske moment begynder at præcessere med en frekvens svarende til præcessionsfrekvensen af individuelle magnetiske momenter. Precessions vinkelhastighed er vigtig. Som regel er denne værdi af størrelsesordenen 1010 Hz/T for magnetisering forbundet med elektroner og af størrelsesordenen 107 Hz/T for magnetisering forbundet med positive ladninger i atomkernerne.
Et skematisk diagram af en opstilling til observation af kernemagnetisk resonans (NMR) er vist i fig. 11. Stoffet, der undersøges, indføres i et ensartet konstant felt mellem polerne. Hvis et radiofrekvensfelt derefter exciteres ved hjælp af en lille spole, der omgiver reagensglasset, kan der opnås en resonans ved en specifik frekvens svarende til præcessionsfrekvensen af alle nukleare "gyroer" i prøven. Målingerne svarer til at indstille en radiomodtager til frekvensen af en bestemt station.
Magnetiske resonansmetoder gør det muligt at studere ikke kun de magnetiske egenskaber af specifikke atomer og kerner, men også egenskaberne af deres miljø. Faktum er, at magnetiske felter i faste stoffer og molekyler er inhomogene, da de er forvrænget af atomladninger, og detaljerne i den eksperimentelle resonanskurve bestemmes af det lokale felt i det område, hvor den forudgående kerne er placeret. Dette gør det muligt at studere de strukturelle træk ved en bestemt prøve ved hjælp af resonansmetoder.
Beregning af magnetiske egenskaber.
Den magnetiske induktion af Jordens felt er 0,5 x 10 –4 Tesla, mens feltet mellem polerne på en stærk elektromagnet er omkring 2 Tesla eller mere.
Det magnetiske felt, der skabes af enhver konfiguration af strømme, kan beregnes ved hjælp af Biot-Savart-Laplace-formlen for den magnetiske induktion af feltet, der skabes af et strømelement. At beregne det felt, der skabes af kredsløb med forskellige former og cylindriske spoler, er i mange tilfælde meget komplekst. Nedenfor er formler for en række simple tilfælde. Magnetisk induktion (i teslaer) af feltet skabt af en lang lige ledning, der fører strøm jeg
Feltet af en magnetiseret jernstang svarer til det ydre felt af en lang solenoide, hvor antallet af ampere-omdrejninger pr. længdeenhed svarer til strømmen i atomerne på overfladen af den magnetiserede stang, da strømmene inde i stangen ophæver hinanden (fig. 12). Ved navnet Ampere kaldes en sådan overfladestrøm Ampere. Magnetisk feltstyrke H a, skabt af Ampere-strømmen, er lig med det magnetiske moment pr. volumenenhed af stangen M.
Hvis en jernstang indsættes i solenoiden, så udover det faktum, at solenoidestrømmen skaber et magnetfelt H, rækkefølgen af atomare dipoler i det magnetiserede stavmateriale skaber magnetisering M. I dette tilfælde bestemmes den totale magnetiske flux af summen af reelle strømme og Ampere strømme, således at B = m 0(H + H a), eller B = m 0(H+M). Holdning M/H hedder magnetisk modtagelighed og er betegnet med det græske bogstav c; c– dimensionsløs størrelse, der karakteriserer et materiales evne til at blive magnetiseret i et magnetfelt.
Størrelse B/H, som karakteriserer et materiales magnetiske egenskaber, kaldes magnetisk permeabilitet og betegnes med m a, og m a = m 0m, Hvor m a- absolut, og m- relativ permeabilitet,
I ferromagnetiske stoffer mængden c kan have meget store værdier – op til 10 4 е 10 6 . Størrelse c Paramagnetiske materialer har lidt mere end nul, og diamagnetiske materialer har lidt mindre. Kun i vakuum og i meget svage størrelsesfelter c Og m er konstante og uafhængige af det ydre felt. Induktionsafhængighed B fra H er normalt ikke-lineær, og dens grafer, de såkaldte. magnetiseringskurver for forskellige materialer og selv ved forskellige temperaturer kan variere betydeligt (eksempler på sådanne kurver er vist i fig. 2 og 3).
Stoffets magnetiske egenskaber er meget komplekse, og deres dybe forståelse kræver en omhyggelig analyse af atomernes struktur, deres vekselvirkninger i molekyler, deres kollisioner i gasser og deres gensidige påvirkning i faste stoffer og væsker; De magnetiske egenskaber af væsker er stadig de mindst undersøgte.