MAGNETID JA AINE MAGNETILISED OMADUSED
Magnetismi kõige lihtsamad ilmingud on tuntud juba väga pikka aega ja on tuttavad enamikule meist. Siiski, et selgitada neid näiliselt lihtsad nähtused füüsika aluspõhimõtetele tuginev on saanud võimalikuks alles suhteliselt hiljuti. Magneteid on kaks erinevad tüübid. Mõned neist on nn püsimagnetid, mis on valmistatud kõvadest magnetilistest materjalidest. Nende magnetilised omadused ei ole seotud väliste allikate ega voolude kasutamisega. Teist tüüpi kuuluvad nn elektromagnetid, mille südamik on valmistatud "pehmest magnetilisest" rauast. Nende tekitatud magnetväljad tulenevad peamiselt sellest, et südamikku ümbritseva mähise traat läbib elektrit.
Magnetpoolused ja magnetväli. Varrasmagneti magnetilised omadused on kõige paremini märgatavad selle otste lähedal. Kui selline magnet riputatakse keskosa külge nii, et see saaks horisontaaltasapinnas vabalt pöörata, siis võtab see asendi, mis vastab ligikaudu põhja-lõuna suunale. Varda põhja suunatud otsa nimetatakse põhjapooluseks ja vastasotsa lõunapooluseks. Kahe magneti vastaspoolused tõmbavad üksteist ja nagu poolused tõrjuvad üksteist. Kui magnetiseerimata rauast valmistatud varras tuuakse ühe magneti pooluse lähedale, magnetiseerub see ajutiselt. Sel juhul on magnetpoolusele lähim magnetiseeritud varda poolus vastupidine ja kaugem poolus on sama nimega. Magneti pooluse ja selle poolt varras tekitatud vastaspooluse vaheline tõmbejõud selgitab magneti toimet. Mõned materjalid (nt teras) muutuvad pärast püsimagneti või elektromagneti läheduses viibimist nõrkadeks püsimagnetiteks. Terasvarda saab magnetiseerida, juhtides lihtsalt varda püsimagneti otsa mööda selle otsa. Seega tõmbab magnet ligi teisi magneteid ja magnetmaterjalidest valmistatud esemeid, ilma nendega kokku puutumata. Seda eemalt toimuvat tegevust seletatakse magneti ümbritseva ruumi olemasoluga magnetväli. Mingi ettekujutuse selle magnetvälja intensiivsusest ja suunast saab, kui valada magnetile asetatud papi- või klaasilehele rauaviilud. Saepuru joondub kettidena põllu suunas ja saepurujoonte tihedus vastab selle välja intensiivsusele. (Need on kõige paksemad magneti otstes, kus magnetvälja intensiivsus on suurim.) M. Faraday (1791-1867) võttis kasutusele magnetite suletud induktsiooniliinide kontseptsiooni. Induktsiooniliinid ulatuvad ümbritsevasse ruumi magnetist selle põhjapoolusel, sisenevad magneti lõunapoolusel ja liiguvad magnetmaterjali sees lõunapoolusest tagasi põhja poole, moodustades suletud ahela. Täisnumber Magnetist väljuvaid induktsioonijooni nimetatakse magnetvooks. Magnetvoo tihedus ehk magnetinduktsioon (B) võrdub induktsiooniliinide arvuga, mis tavaliselt läbivad ühiku suurusega elementaarala. Magnetinduktsioon määrab jõu, millega magnetväli mõjutab selles asuvat voolu juhtivat juhti. Kui juht, mida läbib vool I, asub risti induktsiooniliinidega, siis Ampere'i seaduse kohaselt on juhile mõjuv jõud F risti nii välja kui ka juhiga ning võrdeline magnetinduktsiooni, voolutugevuse ja pikkusega. dirigendist. Seega saame magnetinduktsiooni B jaoks kirjutada avaldise
Kus F on jõud njuutonites, I on vool amprites, l on pikkus meetrites. Magnetinduktsiooni mõõtühik on tesla (T)
(vt ka ELEKTER JA MAGNETISM).
Galvanomeeter. Galvanomeeter on tundlik instrument nõrkade voolude mõõtmiseks. Galvanomeeter kasutab pöördemomenti, mis tekib hobuserauakujulise püsimagneti ja väikese voolu kandva mähise (nõrk elektromagneti) koosmõjul, mis on riputatud magneti pooluste vahelises pilus. Pöördemoment ja seega ka pooli läbipaine on võrdeline õhupilu voolu ja kogu magnetilise induktsiooniga, nii et seadme skaala on mähise väikeste läbipainete korral peaaegu lineaarne. Magnetiseeriv jõud ja magnetvälja tugevus. Järgmiseks peaksime tutvustama teist suurust, mis iseloomustab elektrivoolu magnetilist mõju. Oletame, et vool läbib pika mähise juhtme, mille sees on magnetiseeritav materjal. Magnetiseeriv jõud on poolis oleva elektrivoolu ja selle pöörete arvu korrutis (seda jõudu mõõdetakse amprites, kuna keerdude arv on mõõtmeteta suurus). Magnetvälja tugevus H võrdub magnetiseerimisjõuga pooli pikkuseühiku kohta. Seega mõõdetakse H väärtust amprites meetri kohta; see määrab mähises oleva materjali poolt omandatud magnetiseerituse. Vaakumis on magnetiline induktsioon B võrdeline magnetvälja tugevusega H:
Kus m0 on nn magnetkonstandi olemasolu universaalne tähendus 4pХ10-7 H/m. Paljudes materjalides on B ligikaudu proportsionaalne H-ga. Ferromagnetilistes materjalides on B ja H suhe aga mõnevõrra keerulisem (nagu allpool käsitletakse). Joonisel fig. 1 on kujutatud lihtsat elektromagnetit, mis on mõeldud koormate haardumiseks. Energiaallikaks on alalisvoolu aku. Joonisel on näha ka elektromagneti jõujooned, mida saab tuvastada tavalise rauaviilu meetodiga.
Rauast südamikuga suured elektromagnetid ja väga suur hulk pidevas režiimis töötavatel ampripöördetel on suur magnetiseeriv jõud. Need tekitavad pooluste vahes kuni 6 Tesla suuruse magnetilise induktsiooni; seda induktsiooni piiravad ainult mehaaniline pinge, poolide kuumenemine ja südamiku magnetiline küllastumine. P. L. Kapitsa (1894-1984) poolt Cambridge'is ja NSVL Teaduste Akadeemia Füüsikaliste Probleemide Instituudis projekteerisid mitmed hiiglaslikud vesijahutusega elektromagnetid (ilma südamikuta) ja installatsioonid impulssmagnetväljade loomiseks. F. Bitter (1902-1967) Massachusettsis Tehnoloogiainstituut. Selliste magnetitega oli võimalik saavutada kuni 50 Teslat induktsiooni. Losalamose riiklikus laboris töötati välja suhteliselt väike elektromagnet, mis tekitab kuni 6,2 Tesla väljad, tarbib 15 kW elektrienergiat ja mida jahutab vedel vesinik. Sarnased väljad saadakse krüogeensetel temperatuuridel.
Magnetiline läbilaskvus ja selle roll magnetismis. Magnetiline läbilaskvus m on suurus, mis iseloomustab materjali magnetilisi omadusi. Ferromagnetiliste metallide Fe, Ni, Co ja nende sulamite maksimaalne läbilaskvus on väga kõrge - 5000 (Fe puhul) kuni 800 000 (supermalloy). Sellistes materjalides tekivad suhteliselt madalal väljatugevusel H suured induktsioonid B, kuid nende suuruste vaheline seos on üldiselt mittelineaarne küllastus- ja hüstereesinähtuste tõttu, mida käsitletakse allpool. Ferromagnetilisi materjale tõmbavad tugevalt magnetid. Nad kaotavad oma magnetilised omadused temperatuuril üle Curie punkti (770 ° C Fe, 358 ° C Ni, 1120 ° C Co) ja käituvad nagu paramagnetid, mille puhul induktsioon B kuni väga kõrgete tugevusväärtusteni H on proportsionaalne sellega – täpselt samamoodi nagu see, mis toimub vaakumis. Paljud elemendid ja ühendid on paramagnetilised igal temperatuuril. Paramagnetilisi aineid iseloomustab asjaolu, et need magnetiseeruvad välises magnetväljas; kui see väli välja lülitada, lähevad paramagnetilised ained tagasi magnetiseerimata olekusse. Magnetiseerimine ferromagnetites säilib ka pärast väljalülitamist väline väli. Joonisel fig. Joonis 2 näitab tüüpilist hüstereesisilmust magnetiliselt kõva (suurte kadudega) ferromagnetilise materjali jaoks. See iseloomustab magnetiliselt järjestatud materjali magnetiseerumise mitmetähenduslikku sõltuvust magnetiseeriva välja tugevusest. Magnetvälja tugevuse suurenemisel algsest (null)punktist (1) toimub magnetiseerimine piki katkendjoont 1-2 ja m väärtus muutub oluliselt, kui proovi magnetiseerimine suureneb. Punktis 2 saavutatakse küllastus, st. pinge edasisel suurenemisel magnetiseeritus enam ei suurene. Kui nüüd järk-järgult vähendada H väärtust nullini, siis kõver B(H) ei järgi enam eelmist rada, vaid läbib punkti 3, paljastades justkui “mälu” materjalist “ mineviku ajalugu", sellest ka nimi "hüsterees". Ilmselgelt säilib sel juhul mõningane jääkmagnetiseerimine (segment 1-3). Pärast magnetiseerimisvälja suuna muutmist vastupidiseks läbib B (H) kõver punkti 4 ja segment (1)-(4) vastab sunnijõule, mis takistab demagnetiseerimist. Väärtuste edasine suurendamine (-H) viib hüstereesikõvera kolmandasse kvadrandisse – jaotis 4-5. Järgnev väärtuse vähenemine ( -H) nullini ja seejärel H positiivsete väärtuste suurenemine viib hüstereesiahela sulgemiseni läbi punktide 6, 7 ja 2.
Kõvadele magnetilistele materjalidele on iseloomulik lai hüstereesisilmus, mis katab diagrammil märkimisväärse ala ja vastab seetõttu jääkmagnetiseerimise (magnetinduktsiooni) ja sunnijõu suurtele väärtustele. Kitsas hüstereesisilmus (joonis 3) on iseloomulik pehmetele magnetmaterjalidele, nagu pehme teras ja kõrge magnetilise läbilaskvusega spetsiaalsed sulamid. Sellised sulamid loodi eesmärgiga vähendada hüstereesist põhjustatud energiakadusid. Enamikul neist erisulamitest, nagu ferriitidest, on kõrge elektritakistus, mis vähendab mitte ainult magnetkadusid, vaid ka pöörisvooludest põhjustatud elektrikadusid.
Kõrge läbilaskvusega magnetmaterjalid saadakse lõõmutamise teel, mida hoitakse temperatuuril umbes 1000 °C, millele järgneb karastamine (järkjärguline jahutamine) toatemperatuuril. Sellisel juhul on väga oluline eelnev mehaaniline ja termiline töötlemine, samuti lisandite puudumine proovis. Trafosüdamike jaoks 20. sajandi alguses. Töötati välja räniterased, mille väärtus suurenes ränisisalduse suurenedes. Aastatel 1915–1920 ilmusid permalloid (Ni ja Fe sulamid), millel oli iseloomulik kitsas ja peaaegu ristkülikukujuline hüstereesisilmus. Sulamid hüpernik (50% Ni, 50% Fe) ja mu-metall (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr) eristuvad eriti kõrgete magnetilise läbilaskvuse m väärtuste poolest madalatel väärtustel. H, samas kui perminvaris (45% Ni, 30% Fe, 25% Co) on m väärtus praktiliselt konstantne laias väljatugevuse muutuste vahemikus. Kaasaegsetest magnetmaterjalidest tuleks mainida supermalloy’d – kõrgeima magnetilise läbilaskvusega sulamit (sisaldab 79% Ni, 15% Fe ja 5% Mo).
Magnetismi teooriad. Esimest korda arvas, et magnetilised nähtused taandatakse lõpuks elektrilisteks nähtusteks, Ampere'ist 1825. aastal, kui ta väljendas ideed suletud sisemistest mikrovooludest, mis ringlevad magneti igas aatomis. Kuid ilma igasuguse eksperimentaalse kinnituseta selliste voolude olemasolu kohta aines (elektroni avastas J. Thomson alles 1897. aastal ning aatomi ehituse kirjelduse andsid Rutherford ja Bohr 1913. aastal) see teooria “kuhtus. .” 1852. aastal soovitas W. Weber, et iga aatom magnetiline aine on väike magnet või magnetdipool, nii et aine täielik magnetiseerimine saavutatakse, kui kõik üksikud aatomimagnetid on joondatud kindlas järjekorras(Joon. 4, b). Weber uskus, et molekulaarne või aatomi "hõõrdumine" aitab neil elementaarmagnetitel oma korda säilitada hoolimata termiliste vibratsioonide häirivast mõjust. Tema teooria suutis selgitada kehade magnetiseerumist kokkupuutel magnetiga, samuti nende demagnetiseerumist kokkupõrkel või kuumutamisel; lõpuks selgitati ka magnetite “paljunemist” magnetiseeritud nõela või magnetpulga tükkideks lõikamisel. Ja ometi ei selgitanud see teooria ei elementaarmagnetite päritolu ega küllastumise ja hüstereesi nähtusi. Weberi teooriat täiustas 1890. aastal J. Ewing, kes asendas oma aatomihõõrdumise hüpoteesi ideega aatomitevahelistest piiravatest jõududest, mis aitavad säilitada püsimagneti moodustavate elementaardipoolide järjestust.
Kunagi Ampere’i välja pakutud lähenemine probleemile sai teise elu 1905. aastal, kui P. Langevin selgitas paramagnetiliste materjalide käitumist, omistades igale aatomile sisemise kompenseerimata elektronvoolu. Langevini sõnul moodustavad just need voolud pisikesi magneteid, mis on välisvälja puudumisel juhuslikult orienteeritud, kuid selle rakendamisel omandavad korrapärase orientatsiooni. Sel juhul vastab täieliku järjestuse lähenemine magnetiseerimise küllastumisele. Lisaks tutvustas Langevin magnetmomendi mõistet, mis üksiku aatomimagneti puhul võrdub pooluse “magnetlaengu” ja pooluste vahelise kauguse korrutisega. Seega on paramagnetiliste materjalide nõrk magnetism tingitud kompenseerimata elektronvoolude tekitatud summaarsest magnetmomendist. 1907. aastal võttis P. Weiss kasutusele mõiste "domeen", millest sai oluline panus V kaasaegne teooria magnetism. Weiss kujutas domeene ette väikeste aatomite "kolooniatena", mille sees magnetmomendid Kõik aatomid on mingil põhjusel sunnitud säilitama sama orientatsiooni, nii et iga domeen magnetiseeritakse küllastumiseni. Üksiku domeeni lineaarsed mõõtmed võivad olla suurusjärgus 0,01 mm ja vastavalt maht suurusjärgus 10-6 mm3. Domeenid on eraldatud nn Blochi seintega, mille paksus ei ületa 1000 aatomi suurust. "Sein" ja kaks vastassuunas orienteeritud domeeni on skemaatiliselt näidatud joonisel fig. 5. Sellised seinad kujutavad endast "üleminekukihte", milles domeeni magnetiseerimise suund muutub.
IN üldine juhtum Algsel magnetiseerimiskõveral saab eristada kolme osa (joonis 6). Esialgses osas liigub sein välise välja mõjul läbi aine paksuse, kuni ilmneb defekt. kristallvõre, mis teda peatab. Suurendades väljatugevust, saate sundida seina edasi liikuma, läbi keskmine osa katkendlike joonte vahel. Kui pärast seda väljatugevust taas nulli viia, siis seinad enam tagasi ei naase esialgne asend, nii et proov jääb osaliselt magnetiseeritud. See seletab magneti hüstereesi. Kõvera viimases osas lõpeb protsess proovi magnetiseerimise küllastumisega, mis on tingitud magnetiseerimise järjestamisest viimaste korrastamata domeenide sees. See protsess on peaaegu täielikult pöörduv. Magnetilist kõvadust näitavad need materjalid, millel on aatomvõre sisaldab palju defekte, mis takistavad domeenidevaheliste seinte liikumist. Seda on võimalik saavutada mehaanilise ja termilise töötlemisega, näiteks pulbrilise materjali kokkupressimise ja sellele järgneva paagutamisega. Alnico sulamites ja nende analoogides saavutatakse sama tulemus metallide sulatamisel keeruliseks struktuuriks.
Lisaks paramagnetilistele ja ferromagnetilistele materjalidele on materjale, millel on nn antiferromagnetilised ja ferrimagnetilised omadused. Seda tüüpi magnetismi erinevust selgitatakse joonisel fig. 7. Domeenide mõistest lähtuvalt võib paramagnetismi käsitleda kui nähtust, mis on põhjustatud väikeste magnetdipoolide rühmade olemasolust materjalis, mille puhul üksikud dipoolid interakteeruvad üksteisega väga nõrgalt (või ei interakteeru üldse) ja seetõttu , välise välja puudumisel võtke ainult juhuslikud orientatsioonid (joonis 7, a). Ferromagnetilistes materjalides on igas domeenis tugev interaktsioonüksikute dipoolide vahel, mis viib nende järjestatud paralleelse joondamiseni (joonis 7, b). Seevastu antiferromagnetilistes materjalides viib üksikute dipoolide vaheline interaktsioon nende paralleelselt järjestatud joonduseni, nii et iga domeeni kogumagnetmoment on null (joonis 7c). Lõpuks on ferrimagnetilistes materjalides (näiteks ferriitides) nii paralleelne kui ka antiparalleelne järjestamine (joonis 7d), mille tulemuseks on nõrk magnetism.
On kaks veenvat eksperimentaalne kinnitus domeenide olemasolu. Esimene neist on nn Barkhauseni efekt, teine puuderfiguuride meetod. 1919. aastal tegi G. Barkhausen kindlaks, et kui ferromagnetilise materjali proovile rakendatakse välist välja, muutub selle magnetiseerumine väikestes diskreetsetes osades. Domeeniteooria seisukohast pole see midagi muud kui domeenidevahelise seina järsk edasiliikumine, mis puutub oma teel kokku üksikute defektidega, mis seda edasi lükkavad. See efekt tuvastatakse tavaliselt mähise abil, millesse asetatakse ferromagnetiline varras või traat. Kui tood selle vaheldumisi proovi juurde ja liigutad sellest eemale tugev magnet, proov magnetiseeritakse ja uuesti magnetiseeritakse. Proovi magnetiseerimise järsud muutused muutuvad magnetvoog läbi mähise ja selles ergastatakse induktsioonivool. Mähises tekkivat pinget võimendatakse ja see suunatakse paari akustiliste kõrvaklappide sisendisse. Kõrvaklappide kaudu kuuldavad klõpsud näitavad magnetiseerimise järsku muutust. Magneti domeenistruktuuri paljastamiseks pulberfiguuri meetodil kantakse magnetiseeritud materjali hästi poleeritud pinnale tilk ferromagnetilise pulbri (tavaliselt Fe3O4) kolloidset suspensiooni. Pulbriosakesed settivad peamiselt magnetvälja maksimaalse ebahomogeensuse kohtadesse - domeenide piiridele. Seda struktuuri saab uurida mikroskoobi all. Samuti on välja pakutud meetod, mis põhineb polariseeritud valguse läbimisel läbipaistvast ferromagnetilisest materjalist. Weissi algne magnetismiteooria oma põhijoontes on säilitanud oma tähtsuse tänapäevani, kuid on saanud ajakohastatud tõlgenduse, mis põhineb ideel elektronide kompenseerimata spinnist kui aatomimagnetismi määravast tegurist. Hüpoteesi elektroni enda impulsi olemasolu kohta esitasid 1926. aastal S. Goudsmit ja J. Uhlenbeck ning praegu peetakse „elementaarmagnetiteks“ just elektrone kui spinni kandjaid. Selle mõiste selgitamiseks vaatleme (joonis 8) vaba rauaaatomit, tüüpilist ferromagnetilist materjali. Selle kaks tuumale kõige lähemal asuvat kesta (K ja L) on täidetud elektronidega, millest esimene sisaldab kahte ja teine kaheksa elektroni. K-kestas on ühe elektroni spinn positiivne ja teise negatiivne. L-kestas (täpsemalt selle kahes alamkestas) on kaheksast elektronist neli positiivsed ja ülejäänud neli negatiivsed. Mõlemal juhul on elektronide spinnid ühes kestas täielikult kompenseeritud, nii et kogu magnetmoment on null. M-kesta puhul on olukord teistsugune, kuna kuuest kolmandas alamkihis paiknevast elektronist on viiel elektronil spinnid, mis on suunatud ühes suunas ja ainult kuuendal teises suunas. Selle tulemusena jääb alles neli kompenseerimata spinni, mis määrab raua aatomi magnetilised omadused. (N-välises kestas on ainult kaks valentselektroni, mis ei aita kaasa raua aatomi magnetilisusele.) Teiste ferromagnetite, näiteks nikli ja koobalti, magnetismi selgitatakse sarnaselt. Kuna rauaproovi naaberaatomid interakteeruvad üksteisega tugevalt ja nende elektronid on osaliselt kollektiviseerunud, tuleks seda selgitust vaadelda vaid visuaalse, kuid väga lihtsustatud diagrammina tegelikust olukorrast.
Aatomimagnetismi teooriat, mis põhineb elektronide spinni arvestamisel, toetavad kaks huvitavat güromagnetilist katset, millest ühe viisid läbi A. Einstein ja W. de Haas ning teise S. Barnett. Nendest katsetest esimeses riputati ferromagnetilise materjali silinder, nagu on näidatud joonisel fig. 9. Kui vool juhitakse läbi mähisjuhtme, pöörleb silinder ümber oma telje. Kui voolu suund (ja seega ka magnetväli) muutub, lülitub see sisse vastupidine suund. Mõlemal juhul on silindri pöörlemine tingitud elektronide spinnide järjestusest. Barnetti katses, vastupidi, järsult pöörlemisasendisse viidud rippsilinder magnetiseerub magnetvälja puudumisel. Seda efekti seletatakse sellega, et magneti pöörlemisel tekib güroskoopiline moment, mis kipub pöörlema pöörlevaid momente oma pöörlemistelje suunas.
Täielikumaks selgituseks naabruses asuvaid aatomimagneteid järjestavate ja termilise liikumise häirivat mõju neutraliseerivate lühimaajõudude olemuse ja päritolu kohta tuleks viidata kvantmehaanika. Nende jõudude olemuse kvantmehaanilise seletuse pakkus välja 1928. aastal W. Heisenberg, kes oletas naaberaatomite vahelise vahetusinteraktsiooni olemasolu. Hiljem näitasid G. Bethe ja J. Slater, et vahetusjõud suurenevad oluliselt aatomitevahelise kauguse vähenemisega, kuid teatud minimaalse aatomitevahelise kauguse saavutamisel langevad need nullini.
AINE MAGNETILISED OMADUSED
Ühe esimesi ulatuslikke ja süstemaatilisi aine magnetiliste omaduste uuringuid viis läbi P. Curie. Ta tegi kindlaks, et magnetiliste omaduste järgi võib kõik ained jagada kolme klassi. Esimesse kategooriasse kuuluvad väljendunud magnetiliste omadustega ained, sarnased omadused nääre. Selliseid aineid nimetatakse ferromagnetilisteks; nende magnetväli on märgatav märkimisväärsete vahemaade tagant (vt eespool). Teise klassi kuuluvad ained, mida nimetatakse paramagnetilisteks; Nende magnetilised omadused on üldiselt sarnased ferromagnetiliste materjalide omadega, kuid palju nõrgemad. Näiteks võimsa elektromagneti pooluste tõmbejõud võib raudhaamri käest rebida ning paramagnetilise aine tõmbumise tuvastamiseks samale magnetile on tavaliselt vaja väga tundlikke analüütilisi kaalusid. Viimasesse, kolmandasse klassi kuuluvad nn diamagnetilised ained. Neid tõrjub elektromagnet, st. diamagnetilistele materjalidele mõjuv jõud on suunatud vastupidiselt ferro- ja paramagnetilistele materjalidele mõjuvale jõule.
Magnetiliste omaduste mõõtmine. Magnetiliste omaduste uurimisel on kõige olulisemad kahte tüüpi mõõtmised. Esimene neist on magneti lähedal proovile mõjuva jõu mõõtmine; Nii määratakse proovi magnetiseeritus. Teine hõlmab aine magnetiseerimisega seotud "resonantssageduste" mõõtmist. Aatomid on pisikesed "güroskoopid" ja pretsesseerivad magnetväljas (nagu tavaline tipp pöördemomendi mõjul, jõuga loodud raskusaste) sagedusega, mida saab mõõta. Lisaks mõjub magnetinduktsioonijoonte suhtes täisnurga all liikuvatele vabade laetud osakestele jõud, täpselt nagu elektronivool juhis. See paneb osakese liikuma ringikujulisel orbiidil, mille raadiuse annab R = mv/eB, kus m on osakese mass, v on selle kiirus, e on selle laeng ja B on osakese magnetiline induktsioon. Põld. Selle sagedus ringikujuline liikumine võrdne
kus f mõõdetakse hertsides, e - kulonides, m - kilogrammides, B - teslades. See sagedus iseloomustab laetud osakeste liikumist magnetväljas paiknevas aines. Mõlemat tüüpi liikumisi (presessioon ja liikumine ringikujulistel orbiitidel) saab ergutada väljade vaheldumisega resonantssagedused, mis on võrdne sellele materjalile iseloomulike "looduslike" sagedustega. Esimesel juhul nimetatakse resonantsi magnetiliseks ja teisel - tsüklotroniks (sarnasuse tõttu tsüklilise liikumisega subatomiline osake tsüklotronis). Aatomite magnetilistest omadustest rääkides tuleb erilist tähelepanu pöörata nende nurkimpulsile. Magnetväli mõjub pöörlevale aatomi dipoolile, kaldudes seda pöörlema ja asetama väljaga paralleelselt. Selle asemel hakkab aatom pretsesseerima ümber välja suuna (joonis 10) sagedusega, mis sõltub dipoolmomendist ja rakendatava välja tugevusest.
Aatomipretsessioon ei ole otseselt jälgitav, kuna kõik proovi aatomid pretseseerivad erinevas faasis. Kui rakendada väikest vahelduvat välja, mis on suunatud konstantse järjestusväljaga risti, siis tekib pretsesseerivate aatomite vahel teatud faasisuhe ja nende kogumagnetmoment hakkab pretsesseerima sagedusega, mis on võrdne üksikute magnetmomentide pretsessioonisagedusega. Tähtis Sellel on nurkkiirus pretsessioon. Reeglina on see väärtus suurusjärgus 1010 Hz/T elektronidega seotud magnetiseerimisel ja suurusjärgus 107 Hz/T aatomituumade positiivsete laengutega seotud magnetiseerimisel. Tuumaseireseadme skemaatiline diagramm magnetresonants(NMR) on näidatud joonisel fig. 11. Uuritav aine juhitakse pooluste vahele ühtlasesse konstantsesse välja. Kui raadiosagedusväli seejärel ergastatakse katseklaasi ümbritseva väikese mähise abil, saab resonantsi saavutada kindlal sagedusel, mis on võrdne kõigi proovis olevate tuuma "güroskoopide" pretsessioonisagedusega. Mõõtmised on sarnased raadiovastuvõtja häälestamisega konkreetse jaama sagedusele.
Magnetresonantsmeetodid võimaldavad uurida mitte ainult konkreetsete aatomite ja tuumade magnetilisi omadusi, vaid ka nende keskkonna omadusi. Fakt on see, et magnetväljad sisse tahked ained ah ja molekulid on ebahomogeensed, kuna need on moonutatud aatomilaengud ja määratakse eksperimentaalse resonantskõvera kulgemise üksikasjad kohalik põld piirkonnas, kus asub pretsesseeriv tuum. See võimaldab resonantsmeetodite abil uurida konkreetse proovi struktuuri iseärasusi.
Magnetiliste omaduste arvutamine. Maa välja magnetiline induktsioon on 0,5 * 10 -4 Teslat, tugeva elektromagneti pooluste vaheline väli aga umbes 2 Teslat või rohkem. Mis tahes voolude konfiguratsiooniga tekitatud magnetvälja saab arvutada Biot-Savart-Laplace'i valemi abil vooluelemendi tekitatud välja magnetilise induktsiooni jaoks. Kontuuridega loodud välja arvutamine erinevad kujud ja silindrilised poolid, paljudel juhtudel väga keerulised. Allpool on toodud seeria valemid lihtsad juhtumid. Pika sirge juhtme tekitatud välja magnetiline induktsioon (teslas) vooluga I (amprites) kaugusel r (meetrites) traadist on
Induktsioon vooluga I ringikujulise raadiusega R pooli keskel on võrdne (samades ühikutes):
Tihedalt keritud traadipooli ilma raudsüdamikuta nimetatakse solenoidiks. Magnetiline induktsioon, mille tekitab pikk solenoid keerdude arvuga N punktis, mis on selle otstest piisavalt kaugel, on võrdne
Siin on väärtus NI/L amprite (amper-pöörete) arv solenoidi pikkuseühiku kohta. Kõigil juhtudel on voolu magnetväli suunatud selle vooluga risti ja magnetväljas olevale voolule mõjuv jõud on risti nii voolu kui ka magnetväljaga. Magnetiseeritud raudvarda väli sarnaneb välisväljaga pikk solenoid ampripöörete arvuga pikkuseühiku kohta, mis vastab magnetiseeritud varda pinnal olevate aatomite voolule, kuna varda sees olevad voolud on vastastikku kompenseeritud (joonis 12). Ampere nime järgi nimetatakse sellist pinnavoolu Ampereks. Ampervoolu tekitatud magnetvälja tugevus Ha on võrdne varda M ruumalaühiku magnetmomendiga.
Kui solenoidi sisestada raudvarras, siis lisaks sellele, et solenoidi vool tekitab magnetvälja H, tekitab aatomidipoolide järjestamine varda magnetiseeritud materjalis magnetiseerumise M. Sel juhul tekib kogu magnetvoog määratakse reaal- ja amprivoolude summaga, nii et B = m0(H + Ha) või B = m0(H + M). M/H suhet nimetatakse magnetiliseks vastuvõtlikkuseks ja seda tähistatakse kreeka tähega c; c on mõõtmeteta suurus, mis iseloomustab materjali võimet magnetväljas magnetiseerida.
Magnetomadusi iseloomustav B/H väärtus
materjali nimetatakse magnetiliseks läbilaskvuseks ja seda tähistatakse tähega ma, kus ma = m0m, kus ma on absoluutne ja m on suhteline läbilaskvus, m = 1 + c. Ferromagnetilistes ainetes võib c väärtus olla väga suurte väärtustega - kuni 10 4-10 6. Paramagnetiliste materjalide c väärtus on veidi suurem kui null ja diamagnetiliste materjalide puhul on see veidi väiksem. Ainult vaakumis ja väga nõrkades väljades on suurused c ja m konstantsed ning välisest väljast sõltumatud. Induktsiooni B sõltuvus H-st on tavaliselt mittelineaarne ja selle graafikud, nn. magnetiseerimiskõverad, jaoks erinevad materjalid ja isegi erinevatel temperatuuridel võivad oluliselt erineda (selliste kõverate näited on toodud joonistel 2 ja 3). Aine magnetilised omadused on väga keerulised ja nende sügav mõistmine nõuab hoolikat analüüsi aatomite struktuuri, nende vastastikmõjude kohta molekulides, kokkupõrkeid gaasides ning vastastikust mõju tahketes ja vedelikes; Vedelike magnetilisi omadusi on siiani kõige vähem uuritud. - väljad tugevusega H? 0,5 = 1,0 ME (piir on suvaline). S.mp.-i madalam väärtus vastab max. statsionaarse välja väärtus = 500 kOe, sülem on tänapäevaste vahenditega ligipääsetav. tehnoloogia, ülemine väli 1 ME, isegi lühiajaliselt. mõju...... Füüsiline entsüklopeedia
Füüsika haru, mis uurib tahkete ainete struktuuri ja omadusi. Teaduslikud andmed mikrostruktuuri kohta tahked ained ning nende koostises olevate aatomite füüsikalised ja keemilised omadused on vajalikud uute materjalide ja tehniliste seadmete väljatöötamiseks. Füüsika... ... Collieri entsüklopeedia
Füüsika haru, mis hõlmab teadmisi selle kohta staatiline elekter, elektrivoolud ja magnetilised nähtused. ELEKTROSTAATIKA Elektrostaatika käsitleb nähtusi, mis on seotud puhkeoleku elektrilaengutega. Vahel mõjuvate jõudude olemasolu ... ... Collieri entsüklopeedia
- (Vana-Kreeka physis nature). Vanad inimesed nimetasid füüsikaks igasugust ümbritseva maailma ja loodusnähtuste uurimist. Selline arusaam füüsika mõistest püsis kuni 17. sajandi lõpuni. Hiljem ilmus number eridistsipliinid: keemia, mis uurib omadusi... ... Collieri entsüklopeedia
Mõiste moment seoses aatomite ja aatomituumadega võib tähendada järgmist: 1) pöörlemismoment ehk spin, 2) magnetdipoolmoment, 3) elektriline kvadrupoolmoment, 4) muud elektri- ja magnetmomendid. Erinevat tüüpi… … Collieri entsüklopeedia
Ferromagnetismi elektriline analoog. Nii nagu magnetvälja jääkpolarisatsioon (moment) ilmneb ferromagnetilistes ainetes, kui need asetatakse magnetvälja, ferroelektrilistes dielektrikutes, mis on asetatud elektrivälja... ... Collieri entsüklopeedia Wir verwenden Cookies für die beste Präsentation unserer Website. Wenn Sie diese Veebileht weiterhin nutzen, stimmen Sie dem zu. Okei
Inimesed on magnetite raviomadustest teadnud juba iidsetest aegadest. Idee magnetvälja mõjust meie esivanemate seas kujunes järk-järgult ja põhines arvukatel tähelepanekutel. Esimesed kirjeldused selle kohta, mida magnetteraapia inimestele pakub, pärinevad 10. sajandist, mil ravitsejad kasutasid magneteid lihasspasmide raviks. Hiljem hakati neid kasutama muudest vaevustest vabanemiseks.
Magnetite ja magnetväljade mõju inimkehale
Magnetit peetakse üheks iidseimaks inimeste tehtud avastuseks. Looduses esineb see kujul magnetiline rauamaak. Iidsetest aegadest on inimesi huvitanud magnetite omadused. Selle võime tekitada külgetõmmet ja tõrjumist sundis isegi kõige iidsemad tsivilisatsioonid selle poole pöörduma kivi Erilist tähelepanu kui ainulaadne looduslooming. Asjaolu, et meie planeedi populatsioon eksisteerib magnetväljas ja on sellest mõjutatud, samuti asjaolu, et Maa ise on hiiglaslik magnet, on teada juba ammu. Paljud eksperdid usuvad, et Maa magnetväli on eranditult kasulik mõju kõigi planeedi elusolendite tervise kohta on teistel erinev arvamus. Pöördume ajaloo poole ja vaatame, kuidas tekkis idee magnetvälja mõjust.
Magnetism sai oma nime tänapäeva Türgi territooriumil asuva Magnesiina-Meandre linna järgi, kus esmakordselt avastati magnetilise rauamaagi leiukohad - kivi, millel on ainulaadsed omadused rauda meelitada.
Juba enne meie ajastut oli inimestel ettekujutus magneti ja magnetvälja ainulaadsest energiast: polnud ainsatki tsivilisatsiooni, kus magneteid ei kasutatud mingil kujul inimeste tervise parandamiseks.
Üks esimesi esemeid praktilise rakendamise Magnetist sai kompass. Selgusid niidile riputatud või vees pistiku külge kinnitatud lihtsa pikliku magnetraua tüki omadused. Selle katse käigus selgus, et selline objekt asub alati erilisel viisil: üks ots osutab põhja, teine aga lõuna poole. Kompass leiutati Hiinas umbes 1000 eKr. e., ja Euroopas sai see tuntuks alles 12. sajandist. Ilma sellise lihtsa, kuid samas ainulaadse magnetilise navigatsiooniseadmeta poleks suurt midagi geograafilised avastused XV-XVII sajandil.
Indias oli arvamus, et sündimata lapse sugu sõltub abikaasade peade asendist eostamise ajal. Kui pead asuvad põhja pool, siis sünnib tüdruk, kui lõuna pool, siis poiss.
Tiibeti mungad, teades magnetite mõju inimestele, panid magnetid pähe, et parandada keskendumisvõimet ja suurendada õppimisvõimet.
Magneti kasutamise kohta Vana-Indias ja Araabia maades on palju muid dokumenteeritud tõendeid.
Huvi magnetväljade mõju vastu inimkehale tekkis kohe pärast selle avastamist ainulaadne nähtus, ja inimesed hakkasid magnetile kõige rohkem omistama hämmastavad omadused. Usuti, et peeneks purustatud "magnetkivi" on suurepärane lahtistav toime.
Lisaks kirjeldati magneti selliseid omadusi kui võimet ravida veetõbe ja hullumeelsust ning peatada erinevat tüüpi verejookse. Paljudes tänapäevani säilinud dokumentides on sageli antud soovitusi, mis on vastuolulised. Näiteks mõne ravitseja arvates on magneti mõju kehale võrreldav mürgi toimega, teiste arvates tuleks seda vastupidi kasutada vastumürgina.
Neodüümmagnet: tervendavad omadused ja mõju inimeste tervisele
Suurim mõju inimestele omistatakse neodüümmagnetitele: nende keemiline valem on NdFeB (neodüüm - raud - boor).
Selliste kivide üheks eeliseks on võimalus kombineerida väikeseid suurusi ja tugevat kokkupuudet magnetväljaga. Näiteks, Neodüümi magnet, mille jõud on 200 gaussi, kaalub ligikaudu 1 grammi ja sama tugevusega tavaline raudmagnet kaalub 10 grammi.
Neodüümmagnetitel on veel üks eelis: need on üsna stabiilsed ja võivad säilitada oma magnetilised omadused sadu aastaid. Selliste kivide väljatugevus väheneb 100 aasta jooksul umbes 1%.
Iga kivi ümber on magnetväli, mida iseloomustab magnetiline induktsioon, mõõdetuna Gaussis. Induktsiooni abil saate määrata magnetvälja tugevuse. Väga sageli mõõdetakse magnetvälja tugevust teslades (1 Tesla = 10 000 gaussi).
Neodüümmagnetite raviomaduste hulka kuuluvad vereringe parandamine, vererõhu stabiliseerimine ja migreeni tekke vältimine.
Mida teeb magnetteraapia ja kuidas see kehale mõjub?
Magnetteraapia kui kasutusmeetodi ajalugu raviomadused Magnetite kasutamine meditsiinilistel eesmärkidel algas umbes 2000 aastat tagasi. Vana-Hiinas mainiti magnetteraapiat isegi keiser Huangdi meditsiinilises traktaadis. Vana-Hiinas oli üldtunnustatud seisukoht, et inimeste tervis sõltub suuresti vereringest kehas sisemine energia Qi, mis on moodustatud kahest vastandlikust põhimõttest - yin ja yang. Kui sisemise energia tasakaal oli häiritud, tekkis haigus, mida saab ravida magnetkividega teatud kehapunktidesse määrides.
Mis puudutab magnetteraapiat ennast, siis on säilinud palju Vana-Egiptuse perioodi dokumente, mis annavad otseseid tõendeid selle meetodi kasutamisest inimeste tervise taastamiseks. Üks tolle aja legende räägib Kleopatra ebamaisest ilust ja tervisest, mis tal oli tänu pidevale magnetlindi peas kandmisele.
Tõeline läbimurre magnetteraapias toimus Vana-Roomas. Titus Lucretius Cara kuulsas luuletuses “Asjade olemusest”, mis on kirjutatud 1. sajandil eKr. Näiteks öeldakse: "Juhtub ka, et vaheldumisi võib teatud tüüpi raud kivilt tagasi põrgata või selle poole meelitada."
Nii Hippokrates kui Aristoteles kirjeldasid magnetmaagi ainulaadseid raviomadusi ning Rooma arst, kirurg ja filosoof Galenus tuvastas magnetiliste objektide valuvaigistavad omadused.
10. sajandi lõpus kirjeldas üks Pärsia teadlane üksikasjalikult magneti mõju inimkehale: ta kinnitas, et magnetoteraapiat saab kasutada lihasspasmide ja arvukate põletike korral. Sööma dokumentaalsed tõendid, mis kirjeldavad magnetite kasutamist lihasjõu, luude tugevuse suurendamiseks, liigesevalu vähendamiseks ja urogenitaalsüsteemi funktsiooni parandamiseks.
XV lõpus - XVI alguses sajandite jooksul on mõned Euroopa teadlased hakanud uurima magnetteraapiat kui teadust ja selle kasutamist meditsiinilistel eesmärkidel. Isegi kohtuarst Inglismaa kuninganna Elizabeth I, kes põdes artriiti, kasutas raviks magneteid.
1530. aastal avaldas kuulus Šveitsi arst Paracelsus, kes oli uurinud magnetoteraapia toimimist, mitmeid dokumente, mis sisaldasid tõendeid magnetvälja efektiivsuse kohta. Ta kirjeldas magnetit kui "kõikide saladuste kuningat" ja hakkas ravis teatud tulemuste saavutamiseks kasutama magneti erinevaid poolusi. Kuigi arst ei teadnud midagi Hiina Qi energia kontseptsioonist, uskus ta samamoodi, et loomulik jõud (archaeus) on võimeline andma inimesele energiat.
Paracelsus oli kindel, et magneti mõju inimeste tervisele on nii suur, et annab talle lisaenergiat. Lisaks märkis ta arheuse võimet stimuleerida enesetervendamise protsessi. Absoluutselt kõiki põletikke ja arvukaid haigusi saab tema hinnangul magnetiga palju paremini ravida kui tavameditsiini vahendeid kasutades. Paracelsus kasutas praktikas magneteid epilepsia, verejooksu ja seedehäirete vastu võitlemiseks.
Kuidas magnetteraapia kehale mõjub ja mida see ravib?
18. sajandi lõpus hakati magneteid laialdaselt kasutama mitmesugustest haigustest vabanemiseks. Kuulus Austria arst Franz Anton Mesmer jätkas uurimistööd, kuidas magnetteraapia keha mõjutab. Algul Viinis ja hiljem Pariisis ravis ta magneti abil üsna edukalt paljusid haigusi. Ta oli magnetvälja mõjust inimese tervisele nii läbi imbunud, et kaitses väitekirja, mis võeti hiljem lääne kultuuri magnetteraapia doktriini uurimise ja arendamise aluseks.
Oma kogemustele toetudes tegi Mesmer kaks põhjapanevat järeldust: esimene oli see, et inimkeha ümbritseb magnetväli, mida ta nimetas "loomaliseks magnetismiks". Ta pidas selle "loomamagnetismi" juhtideks unikaalseid magneteid ise, mis inimestele mõjuvad. Teine järeldus põhines asjaolul, et planeetidel on inimkehale suur mõju.
Suur helilooja Mozart oli Mesmeri edusammudest meditsiinis nii üllatunud ja rõõmus, et laulis oma ooperis "Cosi fan tutte" ("Nii teevad kõik") seda ainulaadset magneti tegevuse tunnust ("See on magnet, Mesmeri kivi, mis pärines Saksamaalt ja sai kuulsaks Prantsusmaal ").
Ka Suurbritannias Royali liikmed meditsiini ühiskond, mille käigus viidi läbi uuringud magnetväljade kasutamise valdkonnas, avastas tõsiasi, et magneteid saab tõhusalt kasutada võitluses paljude närvisüsteemi haigustega.
1770. aastate lõpus rääkis Prantsuse Abbé Lenoble kuningliku meditsiiniühingu koosolekul kõneldes ravivõimalustest, mida magnetteraapia võib pakkuda. Ta andis teada oma tähelepanekutest magnetismi vallas ja soovitas kasutada magneteid, võttes arvesse kasutuskohta. Ta algatas ka magnetkäevõrude massilise loomise ja mitmesugused sellest materjalist valmistatud ehted taastumiseks. Oma töödes uuris ta üksikasjalikult hambavalu, artriidi ja teiste haiguste ning ülepinge ravi edukaid tulemusi.
Miks on magnetteraapiat vaja ja kuidas see kasulik on?
Pärast Ameerika kodusõda (1861–1865) sai magnetteraapia mitte vähem populaarseks kui aastal seda meetodit ravi, kuna elamistingimused olid Euroopast kaugel. Eriti märgatava arengu saavutas see Kesk-Läänes. Enamasti pole inimesed kõige paremad, neid ei olnud piisavalt professionaalsed arstid, mistõttu pidin ise ravima. Sel ajal toodeti ja müüdi tohutul hulgal erinevaid valuvaigistava toimega magnettooteid. Mainitud palju reklaame ainulaadsed omadused magnetilised raviained. Naiste seas olid kõige populaarsemad magnetehted, mehed aga eelistasid sisetaldu ja vööd.
19. sajandil kirjeldati paljudes artiklites ja raamatutes, miks oli vaja magnetteraapiat ja milline on selle roll paljude haiguste ravis. Näiteks kuulus Prantsuse Salpêtrière'i haigla aruanne väitis, et magnetväljadel on omadus suurendada " elektritakistus motoorsetes närvides" ja on seetõttu väga kasulikud võitluses hemipareesiga (ühepoolne halvatus).
20. sajandil hakati magnetite omadusi laialdaselt kasutama nii teaduses (loomisel mitmesugused seadmed) ja igapäevaelus. Püsimagnetid ja elektromagnetid asuvad generaatorites, mis toodavad voolu, ja elektrimootorites, mis seda tarbivad. Palju sõidukid kasutas magnetismi jõudu: auto, trollibuss, diiselvedur, lennuk. Magnetid on paljude teadusinstrumentide lahutamatu osa.
Jaapanis on magnetite mõju tervisele olnud palju arutelu ja intensiivse uurimistöö objektiks. Siin on ülipopulaarseks saanud niinimetatud magnetvoodid, mida jaapanlased kasutavad stressi maandamiseks ja keha “energiaga” laadimiseks. Jaapani ekspertide sõnul on magnetid head ületöötamise, osteokondroosi, migreeni ja muude haiguste korral.
Lääs laenas Jaapani traditsioonid. Magnetteraapia kasutamise meetodid on leidnud palju järgijaid Euroopa arstide, füsioterapeutide ja sportlaste seas. Lisaks on seda meetodit magnetteraapia eeliseid arvestades toetanud paljud Ameerika füsioteraapia valdkonna spetsialistid, näiteks juhtiv neuroloog William Phil Pot Oklahomast. Dr Phil Pot usub, et keha kokkupuude negatiivse magnetväljaga stimuleerib unehormooni melatoniini tootmist ja muudab seeläbi keha rahulikumaks.
Mõned Ameerika sportlased märgivad magnetvälja positiivset mõju kahjustatud lülisamba ketastele pärast vigastusi, samuti valu olulist vähenemist.
Arvukad meditsiinilised katsed USA ülikoolides läbi viidud uuringud näitasid, et liigesehaiguste ilmnemine on tingitud ebapiisavast vereringest ja närvisüsteemi häiretest. Kui rakud ei saa toitaineid vajalikus koguses, võib see põhjustada kroonilise haiguse väljakujunemist.
Kuidas magnetteraapia aitab: uued katsed
Esimese vastuse kaasaegses meditsiinis küsimusele "kuidas magnetteraapia aitab" andis 1976. aastal kuulus Jaapani arst Nikagawa. Ta tutvustas mõistet "magnetvälja puudulikkuse sündroom". Pärast mitmeid uuringuid kirjeldati selle sündroomi järgmisi sümptomeid: üldine nõrkus, suurenenud väsimus, vähenenud jõudlus, unehäired, migreen, liigese- ja lülisambavalu, muutused seede- ja kardiovaskulaarsüsteemi töös (hüpertensioon või hüpotensioon). ), muutused nahas, günekoloogilised talitlushäired. Sellest tulenevalt võimaldab magnetteraapia kasutamine kõiki neid tingimusi normaliseerida.
Loomulikult ei saa magnetvälja puudumine nende haiguste ainsaks põhjuseks, kuid see on enamus Nende protsesside etioloogia.
Paljud teadlased jätkasid uute katsete läbiviimist magnetväljadega. Neist kõige populaarsem oli ehk katse nõrgenenud välismagnetväljaga või selle puudumisega. Samas oli vaja tõestada sellise olukorra negatiivset mõju inimorganismile.
Üks esimesi teadlasi, kes sellise katse läbi viis, oli Kanada teadlane Ian Crane. Ta vaatas mitmeid organisme (bakterid, loomad, linnud), mis olid spetsiaalses magnetväljaga kambris. See oli oluliselt väiksem kui Maa väli. Pärast seda, kui bakterid veetsid sellistes tingimustes kolm päeva, vähenes nende paljunemisvõime 15 korda, lindude neuromotoorne aktiivsus hakkas avalduma palju hullemini ja hiirtel hakkasid ilmnema tõsised muutused ainevahetusprotsessides. Kui nõrgenenud magnetvälja tingimustes viibimine oli pikem, toimusid elusorganismide kudedes pöördumatud muutused.
Sarnase katse viis läbi Venemaa teadlaste rühm Lev Nepomnjaštšihhi juhtimisel: hiired pandi spetsiaalse ekraaniga Maa magnetvälja eest suletud kambrisse.
Päev hiljem hakkasid nad kogema kudede lagunemist. Loomapojad sündisid kiilakana ja hiljem tekkis neil palju haigusi.
Tänapäeval on teada suur hulk sarnaseid katseid ja sarnaseid tulemusi täheldatakse kõikjal: loomuliku magnetvälja vähenemine või puudumine aitab kaasa tervise tõsisele ja kiirele halvenemisele kõigil uuritud organismidel. Praegu kasutatakse aktiivselt ka arvukalt looduslikke magneteid, mis moodustuvad looduslikult rauda ja õhulämmastikku sisaldavast vulkaanilisest lavast. Sellised magnetid olid kasutusel tuhandeid aastaid tagasi.
Raske on leida välja, kus magneteid ei kasutataks. Õppemänguasjad, kasulikud tarvikud ja keerukad tööstusseadmed on vaid väike osa nende kasutusvõimaluste tõeliselt suurest hulgast. Samas teavad vähesed, kuidas magnetid töötavad ja mis on nende külgetõmbejõu saladus. Nendele küsimustele vastamiseks peate sukelduma füüsika põhitõdedesse, kuid ärge muretsege – sukeldumine on lühike ja madal. Kuid pärast teooriaga tutvumist saate teada, millest magnet koosneb ja selle magnetjõu olemus saab teile palju selgemaks.
Elektron on väikseim ja lihtsam magnet
Iga aine koosneb aatomitest ja aatomid omakorda tuumast, mille ümber pöörlevad positiivselt ja negatiivselt laetud osakesed – prootonid ja elektronid. Meie huviobjektiks on just elektronid. Nende liikumine tekitab juhtides elektrivoolu. Lisaks on iga elektron miniatuurne magnetvälja allikas ja tegelikult lihtne magnet. Lihtsalt enamiku materjalide koostises on nende osakeste liikumissuund kaootiline. Selle tulemusena tasakaalustavad nende tasud üksteist. Ja kui pöörlemissuund suur kogus elektronid nende orbiidil langevad kokku, siis tekib pidev magnetjõud.
Magnetseade
Niisiis, me sorteerisime elektronid välja. Ja nüüd oleme väga lähedal sellele, et vastata küsimusele, kuidas magnetid on üles ehitatud. Et materjal rauast kivitükki ligi tõmbaks, peab elektronide suund selle struktuuris kokku langema. Sel juhul moodustavad aatomid järjestatud piirkonnad, mida nimetatakse domeenideks. Igal domeenil on pooluste paar: põhi ja lõuna. Neid läbib pidev magnetjõudude liikumisjoon. Nad sisenevad lõunapoolusele ja väljuvad põhjapoolusest. See paigutus tähendab, et põhjapoolus tõmbab alati teise magneti lõunapoolust, samas kui sarnased poolused tõrjuvad.
Kuidas magnet meelitab metalle
Magnetjõud ei mõjuta kõiki aineid. Meelitada saab ainult teatud materjale: raud, nikkel, koobalt ja haruldased muldmetallid. Rauast kivitükk ei ole looduslik magnet, kuid magnetväljaga kokku puutudes toimub selle struktuur ümber põhja- ja lõunapoolusega domeenideks. Seega saab terast magnetiseerida ja säilitada oma muutunud struktuuri pikka aega.
Kuidas tehakse magneteid?
Oleme juba aru saanud, millest magnet koosneb. See on materjal, milles domeenide orientatsioon langeb kokku. Nende omaduste andmiseks kivimile saab kasutada tugevat magnetvälja või elektrivoolu. IN praegu inimesed on õppinud valmistama väga võimsaid magneteid, mille tõmbejõud on kümneid kordi suurem nende enda kaalust ja kestab sadu aastaid. Me räägime haruldaste muldmetallide supermagnetitest, mis põhinevad neodüümisulamil. Sellised 2–3 kg kaaluvad tooted mahutavad esemeid, mis kaaluvad 300 kg või rohkem. Millest koosneb neodüümmagnet ja mis põhjustab selliseid hämmastavaid omadusi?
Lihtne teras ei sobi võimsa tõmbejõuga toodete edukaks tootmiseks. Selleks on vaja spetsiaalset koostist, mis võimaldab domeene võimalikult tõhusalt järjestada ja säilitada uue struktuuri stabiilsuse. Et mõista, millest neodüümmagnet koosneb, kujutage ette neodüümi, raua ja boori metallipulbrit, mis tööstusrajatiste abil magnetiseeritakse tugeva väljaga ja paagutatakse jäigaks struktuuriks. Selle materjali kaitsmiseks on see kaetud vastupidava tsingitud kestaga. See tootmistehnoloogia võimaldab meil toota erineva suuruse ja kujuga tooteid. Veebipoe World of Magnets sortimendist leiate tohutult erinevaid magnettooteid tööks, meelelahutuseks ja igapäevaeluks.
Kui magnet tõmbab metallesemeid enda poole, tundub see maagiana, kuid tegelikult seostatakse magnetite “maagilisi” omadusi vaid nende elektroonilise struktuuri erilise korraldusega. Kuna aatomi ümber tiirlev elektron loob magnetvälja, on kõik aatomid väikesed magnetid; enamikus ainetes aga tühistavad aatomite korratud magnetmõjud üksteist.
Teisiti on olukord magnetite puhul, mille aatomimagnetväljad on paigutatud järjestatud piirkondadesse, mida nimetatakse domeenideks. Igal sellisel piirkonnal on põhja- ja lõunapoolus. Magnetvälja suunda ja intensiivsust iseloomustavad nn jõujooned (joonis näitab roheline), mis väljuvad magneti põhjapoolusest ja sisenevad lõunasse. Mida tihedamad on jõujooned, seda kontsentreeritum on magnetism. põhjapoolusüks magnet tõmbab teise lõunapoolust ligi, kaks samasugust poolust aga tõrjuvad teineteist. Magnetid tõmbavad ligi ainult teatud metalle, peamiselt rauda, niklit ja koobaltit, mida nimetatakse ferromagnetiteks. Kuigi ferromagnetilised materjalid ei ole looduslikud magnetid, korraldavad nende aatomid end magneti juuresolekul ümber nii, et ferromagnetilistele kehadele tekivad magnetpoolused.
Magnetiline kett
Magneti otsa puudutamine metallist kirjaklambritega loob iga kirjaklambri jaoks põhja- ja lõunapooluse. Need poolused on suunatud magnetiga samas suunas. Igast kirjaklambrist sai magnet.
Lugematu arv väikseid magneteid
Mõnel metallil on kristallstruktuur moodustuvad magnetdomeenideks rühmitatud aatomitest. Domeenide magnetpoolused on tavaliselt erineva suunaga (punased nooled) ja neil puudub netomagnetiline efekt.
Püsimagneti moodustumine
- Tavaliselt on raua magnetdomeenid juhuslikult orienteeritud (roosad nooled) ja metalli loomulikku magnetismi ei paista.
- Kui tuua magnet (roosa riba) triikrauale lähemale, hakkavad raua magnetdomeenid magnetvälja (rohelised jooned) joonele vastama.
- Enamik raua magnetdomeene joondub kiiresti mööda magnetvälja jooni. Selle tulemusena muutub triikraud ise püsimagnetiks.
Elektromagnetis tekib magnetväli muutuse tagajärjel elektriväli, või dirigendi liikumise tõttu koos DC või juhi kaudu voolamise tõttu vahelduvvoolu. Igal juhul, kui vool on välja lülitatud, kaob magnetefekt. Püsimagnet on hoopis teine asi. Siin pole voolu jälgegi. Kuid magnetväli on olemas.
Püsimagneti tööpõhimõtte täpne selgitamine on võimatu ilma aparatuuri kaasamiseta kvantfüüsika. Kui seda “näppude peal” seletada, siis kõlab kõige adekvaatsem seletus järgmisel viisil. Iga elektron ise on magnet ja sellel on magnetmoment - see on tema lahutamatu füüsiline omadus. Kui aatomid, kuhu elektronid "kuuluvad", on aines juhuslikult orienteeritud, siis elektronide magnetmomendid kompenseerivad üksteist ja ainel ei ole magnetilisi omadusi. Kui aatomid (vähemalt osa neist) on mingil põhjusel ühes suunas orienteeritud, siis elektronide magnetilised omadused liidetakse ja ainest saab magnet. Selgub, et tugev magnet on selline, milles paljud aatomid on orienteeritud samas suunas ja mida vähem aatomeid on sama orientatsiooniga, seda nõrgem on magnet. Samuti on selge, et vedelikud ja gaasid ei saa põhimõtteliselt olla magnetid - aatomid suudavad ju säilitada oma orientatsiooni ainult tahkes aines.
Aja jooksul kaotavad magnetid oma omadused, kuid see juhtub väliste põhjuste mõjul: väline magnetväli, kõrge temperatuur, mehaanilised kahjustused. Keha ligitõmbamisel kulutab magnet osa oma energiast sellele külgetõmbejõule ja muutub veidi nõrgemaks. Kuid kui te selle keha magneti küljest lahti rebite, tagastab see kulutatud energia täielikult. Seega jääb püsimagneti kogu mehaaniline töö nulliks ja teoreetiliselt võib magnet oma omadusi säilitada määramata kaua.
Püsimagnetite tootmine ja kasutamine
Hoolimata asjaolust, et magnetid olid inimestele teada tuhandeid aastaid tagasi, olid nad tööstuslik tootmine sai võimalikuks alles kahekümnendal sajandil. Pealegi leiutati kõige tugevamad neodüümisulamitel põhinevad püsimagnetid alles eelmise sajandi 80ndatel. Ja kõige odavamad ja populaarseimad tänapäeval toodetud magnetid - polümeersed magnetmaterjalid, mille hulka kuuluvad näiteks magnetvinüül, töötati välja teise ja kolmanda aastatuhande vahetusel.
Esiteks praktiline kasutamine püsimagnetid pärinevad 12. sajandist ja pole oma tähtsust kaotanud tänapäevani. See on magnetnõela kasutamine kompassis. Enne magnetmaterjalide masstootmise algust ei kasutatud magneteid millekski muuks (nende kasutamine mänguasjade või “tervendavate” amulettidena ei lähe arvesse).
Kaasaegses tehnoloogias kasutatakse püsimagneteid kõikjal. Piisab, kui loetleda magnetilised andmekandjad (alates arvuti kettaseadmetest kuni plastikkaardil oleva magnetribani), mikrofonid ja kõlarid (töölaual ja mobiiltelefonis on püsimagnetid helikõlarites), elektrimootorites. ja generaatorid (kõik elektrimootorite tüübid ei kasuta püsimagneteid, aga nt arvuti ventilaatoritel on need kindlasti olemas), arvukates elektroonilistes andurites (kas olete kunagi mõelnud, et just seda tüüpi andur näiteks takistab lifti liikuma hakkamisest, kui uksed ei ole suletud) ja paljudes muudes seadmetes. Mõnda tüüpi magnetirakendused hakkavad järk-järgult vananema: näiteks elektronkiiretorud, mille baasil kuni viimase ajani toodeti 100% telereid ja monitore, ei ole enam asjakohased; Magnetkandjad kaovad järk-järgult sündmuskohalt. Kuid üldiselt kasvab püsimagnetite tootmine ja kasutamine iga aastaga.