SUKUU NA MALI ZA sumaku za MAMBO
Maonyesho rahisi zaidi ya sumaku yamejulikana kwa muda mrefu sana na yanajulikana kwa wengi wetu. Walakini, kuelezea haya inaonekana matukio rahisi kulingana na kanuni za msingi za fizikia imewezekana hivi karibuni tu. Kuna sumaku mbili aina tofauti. Baadhi ni kinachojulikana kuwa sumaku za kudumu, zilizofanywa kutoka kwa vifaa vya "ngumu magnetic". Mali zao za magnetic hazihusiani na matumizi ya vyanzo vya nje au mikondo. Aina nyingine ni pamoja na kinachojulikana kama sumaku-umeme na msingi wa chuma "laini ya sumaku". Mashamba ya magnetic wanayounda ni hasa kutokana na ukweli kwamba waya wa vilima vinavyozunguka msingi hupita umeme.
Nguzo za sumaku na uwanja wa sumaku. Sifa za sumaku za sumaku ya baa zinaonekana zaidi karibu na ncha zake. Ikiwa sumaku kama hiyo imefungwa na sehemu ya kati ili iweze kuzunguka kwa uhuru katika ndege ya usawa, basi itachukua nafasi takriban inayolingana na mwelekeo kutoka kaskazini hadi kusini. Mwisho wa fimbo inayoelekezea kaskazini inaitwa ncha ya kaskazini, na ncha iliyo kinyume inaitwa pole ya kusini. Nguzo zinazopingana za sumaku mbili huvutiana, na kama fito hufukuzana. Ikiwa bar ya chuma isiyo na sumaku inaletwa karibu na moja ya miti ya sumaku, mwisho huo utakuwa na sumaku kwa muda. Katika kesi hiyo, pole ya bar ya magnetized karibu na pole ya sumaku itakuwa na jina kinyume, na pole ya mbali itakuwa na jina sawa. Mvuto kati ya nguzo ya sumaku na pole ya kinyume iliyosababishwa nayo kwenye bar inaelezea hatua ya sumaku. Nyenzo zingine (kama vile chuma) zenyewe huwa sumaku dhaifu za kudumu baada ya kuwa karibu na sumaku ya kudumu au sumaku-umeme. Fimbo ya chuma inaweza kuwa na sumaku kwa kupitisha tu mwisho wa sumaku ya kudumu ya bar kwenye mwisho wake. Kwa hivyo, sumaku huvutia sumaku zingine na vitu vilivyotengenezwa kwa nyenzo za sumaku bila kugusana navyo. Hatua hii kwa mbali inaelezewa na kuwepo kwa nafasi karibu na sumaku shamba la sumaku. Wazo fulani la ukubwa na mwelekeo wa uwanja huu wa sumaku unaweza kupatikana kwa kumwaga vichungi vya chuma kwenye karatasi ya kadibodi au glasi iliyowekwa kwenye sumaku. Machujo ya mbao yatajipanga kwenye minyororo kuelekea shambani, na msongamano wa mistari ya vumbi utafanana na ukubwa wa uwanja huu. (Ni nene zaidi kwenye ncha za sumaku, ambapo nguvu ya uwanja wa sumaku ni kubwa zaidi.) M. Faraday (1791-1867) alianzisha dhana ya mistari iliyofungwa ya induction kwa sumaku. Mistari ya induction inaenea kwenye nafasi inayozunguka kutoka kwa sumaku kwenye nguzo yake ya kaskazini, ingiza sumaku kwenye ncha yake ya kusini, na kupita ndani ya nyenzo za sumaku kutoka kwenye ncha ya kusini kurudi kaskazini, na kutengeneza kitanzi kilichofungwa. Nambari kamili Mistari ya induction inayotoka kwenye sumaku inaitwa magnetic flux. Msongamano wa sumaku wa flux, au induction ya sumaku (B), ni sawa na idadi ya mistari ya induction inayopita kawaida kupitia eneo la msingi la saizi ya kitengo. Uingizaji wa sumaku huamua nguvu ambayo uwanja wa sumaku hufanya kazi kwenye kondakta wa kubeba sasa iko ndani yake. Ikiwa kondakta kwa njia ambayo sasa mimi hupita iko perpendicular kwa mistari ya induction, basi kwa mujibu wa sheria ya Ampere, nguvu F inayofanya juu ya conductor ni perpendicular kwa wote shamba na conductor na ni sawia na induction magnetic, nguvu ya sasa na urefu. ya kondakta. Kwa hivyo, kwa induction ya sumaku B tunaweza kuandika usemi
Ambapo F ni nguvu katika newtons, mimi ni sasa katika amperes, l ni urefu katika mita. Kitengo cha kipimo cha induction ya sumaku ni tesla (T)
(tazama pia UMEME NA sumaku).
Galvanometer. Galvanometer ni chombo nyeti cha kupima mikondo dhaifu. Galvanometer hutumia torque inayotolewa na mwingiliano wa sumaku ya kudumu yenye umbo la kiatu cha farasi na koili ndogo inayobeba sasa (sumaku-umeme dhaifu) iliyosimamishwa kwenye mwango kati ya nguzo za sumaku. Torque, na kwa hivyo kupotoka kwa coil, ni sawia na sasa na jumla ya induction ya sumaku kwenye pengo la hewa, ili kiwango cha kifaa kiwe karibu kwa upotovu mdogo wa coil. Nguvu ya sumaku na nguvu ya uwanja wa sumaku. Ifuatayo, tunapaswa kuanzisha idadi nyingine inayoonyesha athari ya sumaku ya mkondo wa umeme. Tuseme kwamba sasa inapita kupitia waya wa coil ndefu, ndani ambayo kuna nyenzo zinazoweza magnetizable. Nguvu ya magnetizing ni bidhaa ya sasa ya umeme katika coil na idadi ya zamu zake (nguvu hii inapimwa kwa amperes, kwani idadi ya zamu ni kiasi cha dimensionless). Nguvu ya shamba la sumaku H ni sawa na nguvu ya magnetizing kwa urefu wa kitengo cha coil. Hivyo, thamani ya H inapimwa kwa amperes kwa mita; huamua magnetization inayopatikana na nyenzo ndani ya coil. Katika ombwe, induction ya sumaku B inalingana na nguvu ya uga sumaku H:
Ambapo m0 ni kinachojulikana kuwa na magnetic mara kwa mara maana ya ulimwengu wote 4pХ10-7 H/m. Katika nyenzo nyingi, B ni takriban sawia na H. Hata hivyo, katika nyenzo za ferromagnetic, uhusiano kati ya B na H ni ngumu zaidi (kama ilivyojadiliwa hapa chini). Katika Mtini. 1 inaonyesha sumaku-umeme rahisi iliyoundwa kushika mizigo. Chanzo cha nishati ni betri ya DC. Takwimu pia inaonyesha mistari ya shamba ya electromagnet, ambayo inaweza kugunduliwa kwa njia ya kawaida ya kufungua chuma.
sumaku-umeme kubwa na cores chuma na sana idadi kubwa zamu za ampere zinazofanya kazi katika hali ya kuendelea zina nguvu kubwa ya magnetizing. Wanaunda induction ya magnetic ya hadi 6 Tesla katika pengo kati ya miti; induction hii ni mdogo tu kwa matatizo ya mitambo, inapokanzwa kwa coils na kueneza magnetic ya msingi. Idadi kubwa ya sumaku-umeme zilizopozwa na maji (bila msingi), na vile vile mitambo ya kuunda uwanja wa sumaku, iliundwa na P.L. Kapitsa (1894-1984) huko Cambridge na katika Taasisi ya Shida za Kimwili za Chuo cha Sayansi cha USSR na F. Bitter (1902-1967) huko Massachusetts Taasisi ya Teknolojia. Kwa sumaku kama hizo iliwezekana kufikia induction ya hadi 50 Tesla. Sumaku-umeme ndogo kiasi inayozalisha mashamba ya hadi 6.2 Tesla, hutumia kW 15 ya nguvu ya umeme na kupozwa na hidrojeni kioevu, ilitengenezwa katika Maabara ya Kitaifa ya Losalamos. Mashamba sawa yanapatikana kwa joto la cryogenic.
Upenyezaji wa sumaku na jukumu lake katika sumaku. Upenyezaji wa sumaku m ni kiasi kinachoonyesha sifa za sumaku za nyenzo. Metali za Ferromagnetic Fe, Ni, Co na aloi zao zina upenyezaji wa juu sana - kutoka 5000 (kwa Fe) hadi 800,000 (kwa supermalloy). Katika nyenzo hizo, kwa nguvu za chini za shamba H, inductions kubwa B hutokea, lakini uhusiano kati ya kiasi hiki, kwa ujumla, sio mstari kutokana na matukio ya kueneza na hysteresis, ambayo yanajadiliwa hapa chini. Nyenzo za Ferromagnetic zinavutiwa sana na sumaku. Hupoteza sifa zao za sumaku kwenye halijoto iliyo juu ya eneo la Curie (770° C kwa Fe, 358° C kwa Ni, 1120° C kwa Co) na hutenda kama paramagnets, ambayo induction ya B hadi viwango vya juu sana vya nguvu H ni. sawia nayo - sawa kabisa na kile kinachotokea katika utupu. Vipengele vingi na misombo ni paramagnetic katika joto zote. Dutu za paramagnetic zinajulikana na ukweli kwamba huwa magnetized katika uwanja wa nje wa magnetic; ikiwa uwanja huu umezimwa, vitu vya paramagnetic vinarudi kwenye hali isiyo ya sumaku. Usumaku katika ferromagnets hudumishwa hata baada ya kuzima uwanja wa nje. Katika Mtini. Mchoro wa 2 unaonyesha kitanzi cha kawaida cha hysteresis kwa nyenzo ngumu ya sumaku (yenye hasara kubwa) ya nyenzo za ferromagnetic. Ni sifa ya utegemezi wa utata wa sumaku ya nyenzo iliyoagizwa kwa nguvu juu ya nguvu ya uwanja wa magnetizing. Kwa kuongezeka kwa nguvu ya shamba la sumaku kutoka kwa hatua ya awali (sifuri) (1), sumaku hufanyika kwenye mstari uliopigwa 1-2, na thamani ya m inabadilika sana kadiri sumaku ya sampuli inavyoongezeka. Katika hatua ya 2 kueneza kunapatikana, i.e. kwa ongezeko zaidi la voltage, magnetization haizidi kuongezeka. Ikiwa sasa tunapunguza hatua kwa hatua thamani ya H hadi sifuri, basi curve B (H) haifuati tena njia ya awali, lakini inapitia hatua ya 3, ikifunua, kana kwamba, "kumbukumbu" ya nyenzo kuhusu " historia iliyopita", kwa hiyo jina "hysteresis". Ni wazi, katika kesi hii baadhi ya magnetization ya mabaki huhifadhiwa (sehemu ya 1-3). Baada ya kubadilisha mwelekeo wa uwanja wa magnetizing kwa mwelekeo kinyume, curve B (H) hupita hatua ya 4, na sehemu (1)-(4) inalingana na nguvu ya kulazimisha inayozuia upunguzaji wa sumaku. Ongezeko zaidi la thamani (-H) huleta mkunjo wa hysteresis kwenye roboduara ya tatu - sehemu ya 4-5. Kupungua kwa thamani inayofuata ( -H) hadi sifuri na kisha kuongezeka kwa maadili chanya ya H itasababisha kufungwa kwa kitanzi cha hysteresis kupitia alama 6, 7 na 2.
Nyenzo za sumaku ngumu zina sifa ya kitanzi pana cha hysteresis, kinachofunika eneo kubwa kwenye mchoro na kwa hivyo inalingana na maadili makubwa ya sumaku iliyobaki (induction ya sumaku) na nguvu ya kulazimisha. Kitanzi chembamba cha hysteresis (Mchoro 3) ni tabia ya nyenzo laini za sumaku, kama vile chuma laini na aloi maalum zilizo na upenyezaji wa juu wa sumaku. Aloi hizo ziliundwa kwa lengo la kupunguza hasara za nishati zinazosababishwa na hysteresis. Wengi wa aloi hizi maalum, kama ferrites, zina upinzani mkubwa wa umeme, ambayo hupunguza si tu hasara za magnetic, lakini pia hasara za umeme zinazosababishwa na mikondo ya eddy.
Nyenzo za sumaku zenye upenyezaji wa hali ya juu hutolewa kwa kuchuja, hufanywa kwa kushikilia kwa joto la karibu 1000 ° C, ikifuatiwa na joto (kupoa polepole) hadi joto la chumba. Katika kesi hiyo, matibabu ya awali ya mitambo na ya joto, pamoja na kutokuwepo kwa uchafu katika sampuli, ni muhimu sana. Kwa cores za transfoma mwanzoni mwa karne ya 20. Vyuma vya silicon vilitengenezwa, thamani ambayo iliongezeka kwa kuongezeka kwa maudhui ya silicon. Kati ya 1915 na 1920, permalloys (alloys ya Ni na Fe) ilionekana na tabia nyembamba na karibu mstatili hysteresis kitanzi. Aloi za hypernik (50% Ni, 50% Fe) na mu-chuma (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr) zinatofautishwa na maadili ya juu ya upenyezaji wa sumaku m kwa viwango vya chini. ya H, wakati katika perminvar (45 % Ni, 30% Fe, 25% Co) thamani ya m ni kivitendo mara kwa mara juu ya anuwai ya mabadiliko katika nguvu ya shamba. Miongoni mwa vifaa vya kisasa vya magnetic, kutajwa kunapaswa kufanywa kwa supermalloy - alloy yenye upenyezaji wa juu wa magnetic (ina 79% Ni, 15% Fe na 5% Mo).
Nadharia za sumaku. Kwa mara ya kwanza, nadhani kwamba matukio ya sumaku hatimaye hupunguzwa kuwa matukio ya umeme yaliibuka kutoka kwa Ampere mnamo 1825, wakati alielezea wazo la mikondo ya ndani iliyofungwa inayozunguka katika kila chembe ya sumaku. Walakini, bila uthibitisho wowote wa majaribio ya uwepo wa mikondo kama hiyo katika maada (elektroni iligunduliwa na J. Thomson mnamo 1897 tu, na maelezo ya muundo wa atomi yalitolewa na Rutherford na Bohr mnamo 1913), nadharia hii "ilififia. .” Mnamo 1852, W. Weber alipendekeza kwamba kila atomi dutu ya sumaku ni sumaku ndogo, au dipole ya sumaku, ili usumaku kamili wa dutu ufikiwe wakati sumaku zote za atomiki zimepangwa ndani. kwa utaratibu fulani(Mchoro 4, b). Weber aliamini kuwa "msuguano" wa molekuli au atomiki husaidia sumaku hizi za msingi kudumisha mpangilio wao licha ya ushawishi wa kutatanisha wa mitetemo ya joto. Nadharia yake iliweza kueleza sumaku ya miili inapogusana na sumaku, pamoja na demagnetization yao juu ya athari au joto; hatimaye, "uzazi" wa sumaku wakati wa kukata sindano ya magnetized au fimbo ya magnetic vipande vipande pia ilielezwa. Na bado nadharia hii haikuelezea ama asili ya sumaku za kimsingi zenyewe, au matukio ya kueneza na hysteresis. Nadharia ya Weber iliboreshwa mnamo 1890 na J. Ewing, ambaye alibadilisha nadharia yake ya msuguano wa atomiki na wazo la nguvu za kuzuia interatomic ambazo husaidia kudumisha mpangilio wa dipoles za msingi ambazo huunda sumaku ya kudumu.
Njia ya tatizo, iliyopendekezwa na Ampere, ilipata maisha ya pili mwaka wa 1905, wakati P. Langevin alielezea tabia ya vifaa vya paramagnetic kwa kuhusisha kwa kila atomi sasa ya ndani ya elektroni isiyolipwa. Kulingana na Langevin, ni mikondo hii ambayo huunda sumaku ndogo ambazo huelekezwa kwa nasibu wakati hakuna uwanja wa nje, lakini hupata mwelekeo wa utaratibu wakati unatumiwa. Katika kesi hii, mbinu ya kukamilisha utaratibu inafanana na kueneza kwa magnetization. Kwa kuongezea, Langevin alianzisha dhana ya wakati wa sumaku, ambayo kwa sumaku ya atomiki ya mtu binafsi ni sawa na bidhaa ya "malipo ya sumaku" ya pole na umbali kati ya miti. Kwa hivyo, sumaku dhaifu ya vifaa vya paramagnetic ni kwa sababu ya wakati wa jumla wa sumaku iliyoundwa na mikondo ya elektroni isiyolipwa. Mnamo 1907 P. Weiss alianzisha dhana ya "kikoa", ambayo ikawa mchango muhimu V nadharia ya kisasa sumaku. Weiss alifikiria vikoa kama "koloni" ndogo za atomi, ambazo ndani yake nyakati za sumaku Atomi zote, kwa sababu fulani, zinalazimishwa kudumisha mwelekeo sawa, ili kila kikoa kiwe na sumaku hadi kueneza. Kikoa cha mtu binafsi kinaweza kuwa na vipimo vya mstari wa utaratibu wa 0.01 mm na, ipasavyo, kiasi cha utaratibu wa 10-6 mm3. Vikoa vinatenganishwa na kinachojulikana kama kuta za Bloch, unene ambao hauzidi saizi 1000 za atomiki. "Ukuta" na vikoa viwili vilivyoelekezwa kinyume vinaonyeshwa kwa mpangilio katika Mtini. 5. Kuta hizo zinawakilisha "tabaka za mpito" ambazo mwelekeo wa magnetization ya kikoa hubadilika.
KATIKA kesi ya jumla Sehemu tatu zinaweza kutofautishwa kwenye curve ya awali ya magnetization (Mchoro 6). Katika sehemu ya awali, ukuta, chini ya ushawishi wa uwanja wa nje, husogea kupitia unene wa dutu hadi inakabiliwa na kasoro. kimiani kioo, ambayo inamzuia. Kwa kuongeza nguvu ya shamba, unaweza kulazimisha ukuta kusonga zaidi, kupitia sehemu ya kati kati ya mistari iliyopigwa. Ikiwa baada ya hii nguvu ya shamba imepunguzwa tena hadi sifuri, basi kuta hazitarudi tena nafasi ya awali, ili sampuli itabaki kuwa na sumaku. Hii inaelezea hysteresis ya sumaku. Katika sehemu ya mwisho ya curve, mchakato unaisha na kueneza kwa sumaku ya sampuli kutokana na utaratibu wa usumaku ndani ya vikoa vya mwisho vilivyoharibika. Utaratibu huu unakaribia kubadilishwa kabisa. Ugumu wa sumaku unaonyeshwa na nyenzo hizo ambazo zina kimiani ya atomiki ina kasoro nyingi zinazozuia harakati za kuta za vikoa. Hii inaweza kupatikana kwa matibabu ya mitambo na ya joto, kwa mfano kwa compression na sintering baadae ya nyenzo poda. Katika aloi za alnico na analogues zao, matokeo sawa yanapatikana kwa kuunganisha metali katika muundo tata.
Mbali na vifaa vya paramagnetic na ferromagnetic, kuna vifaa vinavyoitwa antiferromagnetic na mali ya ferrimagnetic. Tofauti kati ya aina hizi za sumaku imeelezewa kwenye Mtini. 7. Kulingana na dhana ya kikoa, paramagnetism inaweza kuzingatiwa kama jambo linalosababishwa na uwepo katika nyenzo za vikundi vidogo vya dipole za sumaku, ambapo dipoles za mtu binafsi huingiliana dhaifu sana na kila mmoja (au haziingiliani kabisa) na kwa hivyo. , kwa kutokuwepo kwa shamba la nje, chukua mwelekeo wa random tu (Mchoro 7, a). Katika vifaa vya ferromagnetic, ndani ya kila kikoa kuna mwingiliano wenye nguvu kati ya dipoles ya mtu binafsi, inayoongoza kwa usawa wao ulioamuru sambamba (Mchoro 7, b). Katika vifaa vya antiferromagnetic, kinyume chake, mwingiliano kati ya dipoles ya mtu binafsi husababisha alignment yao ya kuamuru ya antiparallel, ili muda wa magnetic wa kila uwanja ni sifuri (Mchoro 7c). Hatimaye, katika vifaa vya ferrimagnetic (kwa mfano, ferrites) kuna kuagiza sambamba na antiparallel (Mchoro 7d), ambayo husababisha magnetism dhaifu.
Kuna mbili za kulazimisha uthibitisho wa majaribio kuwepo kwa vikoa. Wa kwanza wao ni athari inayoitwa Barkhausen, pili ni njia ya takwimu za poda. Mnamo mwaka wa 1919, G. Barkhausen alianzisha kwamba wakati shamba la nje linatumiwa kwa sampuli ya nyenzo za ferromagnetic, magnetization yake inabadilika katika sehemu ndogo ndogo. Kwa mtazamo wa nadharia ya kikoa, hii si chochote zaidi ya maendeleo ya ghafla ya ukuta wa kikoa, unaokumbana na kasoro za kibinafsi ambazo huchelewesha. Athari hii kawaida hugunduliwa kwa kutumia coil ambayo fimbo ya ferromagnetic au waya huwekwa. Ukiileta kwa sampuli kwa njia mbadala na kuihamisha mbali nayo sumaku yenye nguvu, sampuli itakuwa sumaku na remagnetized. Mabadiliko ya ghafla katika magnetization ya mabadiliko ya sampuli flux ya magnetic kwa njia ya coil, na sasa induction ni msisimko ndani yake. Voltage inayozalishwa kwenye coil huimarishwa na kulishwa kwa pembejeo ya jozi ya vichwa vya sauti vya sauti. Mibofyo inayosikika kupitia vipokea sauti vya masikioni inaonyesha mabadiliko ya ghafla katika usumaku. Ili kufichua muundo wa kikoa cha sumaku kwa kutumia njia ya kielelezo cha poda, tone la kusimamishwa kwa colloidal ya unga wa ferromagnetic (kawaida Fe3O4) hutumiwa kwenye uso uliosafishwa vizuri wa nyenzo za sumaku. Chembe za poda hukaa hasa katika maeneo ya upeo wa inhomogeneity ya shamba la magnetic - kwenye mipaka ya vikoa. Muundo huu unaweza kuchunguzwa chini ya darubini. Mbinu kulingana na upitishaji wa mwanga wa polarized kupitia nyenzo ya uwazi ya ferromagnetic pia imependekezwa. Nadharia ya asili ya Weiss ya sumaku katika sifa zake kuu imehifadhi umuhimu wake hadi leo, baada ya kupokea tafsiri iliyosasishwa kulingana na wazo la spins za elektroni ambazo hazijalipwa kama sababu inayoamua sumaku ya atomiki. Dhana kuhusu kuwepo kwa kasi ya elektroni yenyewe iliwekwa mbele mwaka wa 1926 na S. Goudsmit na J. Uhlenbeck, na kwa sasa ni elektroni kama wabebaji wa spin ambao huchukuliwa kuwa "sumaku za msingi". Ili kuelezea dhana hii, fikiria (Mchoro 8) atomi ya bure ya chuma, nyenzo ya kawaida ya ferromagnetic. Magamba yake mawili (K na L), yaliyo karibu zaidi na kiini, yamejazwa na elektroni, na ya kwanza ikiwa na mbili na ya pili ina elektroni nane. Katika K-shell, spin ya moja ya elektroni ni chanya na nyingine ni hasi. Katika shell ya L (kwa usahihi zaidi, katika vidogo vyake viwili), elektroni nne kati ya nane zina spins chanya, na nyingine nne zina spins hasi. Katika matukio hayo yote, elektroni inazunguka ndani ya shell moja ni fidia kabisa, ili jumla ya muda wa magnetic ni sifuri. Katika M-shell, hali ni tofauti, kwani kati ya elektroni sita ziko kwenye subshell ya tatu, elektroni tano zina spins zilizoelekezwa kwa mwelekeo mmoja, na ya sita tu kwa nyingine. Matokeo yake, spins nne zisizolipwa hubakia, ambayo huamua mali ya magnetic ya atomi ya chuma. (Kuna elektroni mbili tu za valence kwenye ganda la N nje, ambazo hazichangii sumaku ya atomi ya chuma.) Usumaku wa sumaku-umeme nyingine za feri, kama vile nikeli na kobalti, unafafanuliwa kwa njia sawa. Kwa kuwa atomi za jirani kwenye sampuli ya chuma huingiliana kwa nguvu, na elektroni zao zimekusanywa kwa sehemu, maelezo haya yanapaswa kuzingatiwa tu kama mchoro wa kuona, lakini uliorahisishwa sana wa hali halisi.
Nadharia ya sumaku ya atomiki, kulingana na kuzingatia mzunguko wa elektroni, inaungwa mkono na majaribio mawili ya kuvutia ya gyromagnetic, moja ambayo ilifanywa na A. Einstein na W. de Haas, na nyingine na S. Barnett. Katika majaribio haya ya kwanza, silinda ya nyenzo ya ferromagnetic ilisimamishwa kama inavyoonyeshwa kwenye Mtini. 9. Ikiwa sasa inapitishwa kupitia waya wa vilima, silinda huzunguka karibu na mhimili wake. Wakati mwelekeo wa sasa (na kwa hiyo uwanja wa magnetic) unabadilika, hugeuka mwelekeo wa nyuma. Katika matukio yote mawili, mzunguko wa silinda ni kutokana na utaratibu wa spins za elektroni. Katika jaribio la Barnett, kinyume chake, silinda iliyosimamishwa, iliyoletwa kwa kasi katika hali ya mzunguko, inakuwa magnetized kwa kutokuwepo kwa shamba la magnetic. Athari hii inafafanuliwa na ukweli kwamba wakati sumaku inapozunguka, wakati wa gyroscopic huundwa, ambayo huwa na mzunguko wa wakati wa spin katika mwelekeo wa mhimili wake wa mzunguko.
Kwa maelezo kamili zaidi ya asili na asili ya nguvu za masafa mafupi ambazo huamuru sumaku za atomiki za jirani na kukabiliana na ushawishi wa usumbufu wa mwendo wa joto, mtu anapaswa kurejelea. mechanics ya quantum. Maelezo ya kimawazo ya kiasi cha asili ya nguvu hizi yalipendekezwa mwaka wa 1928 na W. Heisenberg, ambaye alipendekeza kuwepo kwa mwingiliano wa kubadilishana kati ya atomi za jirani. Baadaye, G. Bethe na J. Slater walionyesha kuwa nguvu za kubadilishana huongezeka kwa kiasi kikubwa kwa kupungua kwa umbali kati ya atomi, lakini zinapofikia umbali fulani wa kima cha chini cha mwingiliano hushuka hadi sifuri.
MALI ZA sumaku za KITU
Moja ya masomo ya kwanza ya kina na ya utaratibu ya mali ya sumaku ya jambo ilifanywa na P. Curie. Alianzisha kwamba, kwa mujibu wa mali zao za magnetic, vitu vyote vinaweza kugawanywa katika madarasa matatu. Kundi la kwanza ni pamoja na vitu vilivyo na mali iliyotamkwa ya sumaku, mali zinazofanana tezi. Dutu hizo huitwa ferromagnetic; uwanja wao wa sumaku unaonekana kwa umbali mkubwa (tazama hapo juu). Darasa la pili linajumuisha vitu vinavyoitwa paramagnetic; Sifa zao za sumaku kwa ujumla ni sawa na zile za vifaa vya ferromagnetic, lakini ni dhaifu zaidi. Kwa mfano, nguvu ya mvuto kwa miti ya sumaku-umeme yenye nguvu inaweza kubomoa nyundo ya chuma kutoka kwa mikono yako, na kugundua mvuto wa dutu ya paramagnetic kwa sumaku hiyo hiyo, kawaida unahitaji mizani nyeti sana ya uchambuzi. Darasa la mwisho, la tatu linajumuisha vitu vinavyoitwa diamagnetic. Wao hupigwa na electromagnet, i.e. nguvu inayofanya kazi kwenye nyenzo za diamagnetic inaelekezwa kinyume na ile inayofanya kazi kwenye nyenzo za ferro- na paramagnetic.
Upimaji wa mali ya magnetic. Wakati wa kusoma mali ya sumaku, aina mbili za vipimo ni muhimu zaidi. Ya kwanza ni kupima nguvu inayofanya kazi kwenye sampuli karibu na sumaku; Hivi ndivyo jinsi sumaku ya sampuli imedhamiriwa. Ya pili ni pamoja na vipimo vya masafa ya "resonant" yanayohusiana na sumaku ya jambo. Atomu ni "gyros" ndogo na hutangulia kwenye uwanja wa sumaku (kama sehemu ya juu ya kawaida chini ya ushawishi wa torque, kuundwa kwa nguvu ukali) na masafa ambayo yanaweza kupimwa. Kwa kuongeza, nguvu hufanya kazi kwenye chembe zinazochajiwa bila malipo zinazosonga kwenye pembe za kulia hadi kwenye mistari ya induction ya sumaku, kama vile mkondo wa elektroni katika kondakta. Inasababisha chembe kusonga katika obiti ya mviringo, radius ambayo inatolewa na R = mv/eB, ambapo m ni wingi wa chembe, v ni kasi yake, e ni malipo yake, na B ni induction ya sumaku ya shamba. Mzunguko wa hii mwendo wa mviringo sawa na
ambapo f hupimwa kwa hertz, e - katika coulombs, m - kwa kilo, B - katika teslas. Mzunguko huu unaashiria mwendo wa chembe zilizochajiwa katika dutu iliyoko kwenye uwanja wa sumaku. Aina zote mbili za mwendo (utangulizi na mwendo katika mizunguko ya duara) zinaweza kusisimka kwa kubadilisha sehemu na masafa ya resonant, sawa na tabia ya "asili" ya masafa ya nyenzo hii. Katika kesi ya kwanza, resonance inaitwa magnetic, na pili - cyclotron (kutokana na kufanana na harakati ya mzunguko. chembe ndogo ndogo kwenye cyclotron). Akizungumza juu ya mali ya magnetic ya atomi, ni muhimu kulipa kipaumbele maalum kwa kasi yao ya angular. Uga wa sumaku hufanya kazi kwenye dipole ya atomiki inayozunguka, ikielekea kuizungusha na kuiweka sambamba na shamba. Badala yake, atomi huanza kutangulia karibu na mwelekeo wa shamba (Mchoro 10) na mzunguko kulingana na wakati wa dipole na nguvu ya uwanja uliotumiwa.
Utangulizi wa atomiki hauonekani moja kwa moja kwa sababu atomi zote katika sampuli ya awali katika awamu tofauti. Ikiwa tutatumia uwanja mdogo wa kubadilisha unaoelekezwa kwa uwanja wa kuagiza mara kwa mara, basi uhusiano wa awamu fulani huanzishwa kati ya atomi zinazotangulia na wakati wao wa jumla wa sumaku huanza kutangulia na mzunguko sawa na mzunguko wa precession wa muda wa sumaku binafsi. Muhimu Ina kasi ya angular utangulizi. Kama sheria, thamani hii iko kwenye mpangilio wa 1010 Hz/T kwa usumaku unaohusishwa na elektroni, na kwa mpangilio wa 107 Hz/T kwa usumaku unaohusishwa na chaji chanya kwenye viini vya atomi. Mchoro wa mpangilio wa usakinishaji wa ufuatiliaji wa nyuklia resonance ya sumaku(NMR) imeonyeshwa kwenye Mtini. 11. Dutu inayochunguzwa huletwa kwenye uwanja wa sare wa mara kwa mara kati ya miti. Ikiwa uga wa masafa ya redio basi husisimka kwa kutumia koili ndogo inayozunguka bomba la majaribio, sauti ya sauti inaweza kupatikana kwa masafa mahususi sawa na marudio ya precession ya "gyros" zote za nyuklia kwenye sampuli. Vipimo ni sawa na kurekebisha kipokeaji redio kwa mzunguko wa kituo maalum.
Njia za resonance magnetic hufanya iwezekanavyo kujifunza sio tu mali ya magnetic ya atomi maalum na nuclei, lakini pia mali ya mazingira yao. Ukweli ni kwamba uwanja wa sumaku ndani yabisi ah na molekuli hazina homogeneous kwa sababu zimepotoshwa mashtaka ya atomiki, na maelezo ya mwendo wa curve ya resonance ya majaribio imedhamiriwa uwanja wa ndani katika eneo ambalo msingi uliotangulia iko. Hii inafanya uwezekano wa kujifunza vipengele vya kimuundo vya sampuli fulani kwa kutumia mbinu za resonance.
Uhesabuji wa mali ya sumaku. Uingizaji wa magnetic wa shamba la Dunia ni 0.5 * 10 -4 Tesla, wakati shamba kati ya miti ya umeme yenye nguvu ni kuhusu 2 Tesla au zaidi. Sehemu ya magnetic iliyoundwa na usanidi wowote wa mikondo inaweza kuhesabiwa kwa kutumia formula ya Biot-Savart-Laplace kwa uingizaji wa magnetic wa shamba iliyoundwa na kipengele cha sasa. Uhesabuji wa sehemu iliyoundwa na mtaro maumbo tofauti na coils cylindrical, katika kesi nyingi ngumu sana. Ifuatayo ni fomula za mfululizo kesi rahisi. Uingizaji wa sumaku (katika tesla) wa shamba iliyoundwa na waya mrefu moja kwa moja na mkondo wa I (amperes), kwa umbali r (mita) kutoka kwa waya ni
Uingizaji katikati ya coil ya mviringo ya radius R na ya sasa I ni sawa (katika vitengo sawa):
Coil iliyojeruhiwa sana ya waya bila msingi wa chuma inaitwa solenoid. Uingizaji wa sumaku ulioundwa na solenoid ndefu na idadi ya zamu N kwa hatua ya kutosha kutoka kwa ncha zake ni sawa na
Hapa, thamani NI/L ni idadi ya amperes (ampere-zamu) kwa kila urefu wa kitengo cha solenoid. Katika hali zote, uwanja wa magnetic wa sasa unaelekezwa perpendicular kwa sasa hii, na nguvu inayofanya sasa katika uwanja wa magnetic ni perpendicular kwa sasa na magnetic shamba. Shamba la fimbo ya chuma yenye sumaku ni sawa na shamba la nje solenoid ndefu na idadi ya zamu za ampere kwa urefu wa kitengo sambamba na sasa katika atomi kwenye uso wa fimbo ya sumaku, kwa kuwa mikondo ndani ya fimbo hulipwa kwa pande zote (Mchoro 12). Kwa jina la Ampere, mkondo wa uso kama huo unaitwa Ampere. Nguvu ya uwanja wa sumaku Ha iliyoundwa na mkondo wa Ampere ni sawa na wakati wa sumaku wa ujazo wa kitengo cha fimbo M.
Ikiwa fimbo ya chuma imeingizwa kwenye solenoid, basi pamoja na ukweli kwamba sasa ya solenoid inajenga shamba la magnetic H, utaratibu wa dipoles ya atomiki katika nyenzo za magnetized ya fimbo huunda magnetization M. Katika kesi hii, jumla ya flux ya magnetic. imedhamiriwa na jumla ya mikondo ya kweli na ya Ampere, ili B = m0 (H + Ha), au B = m0 (H + M). Uwiano wa M / H unaitwa unyeti wa sumaku na unaonyeshwa na herufi ya Kigiriki c; c ni kiasi kisicho na kipimo kinachoonyesha uwezo wa nyenzo kuwa na sumaku katika uga wa sumaku.
Thamani ya B/H inayoonyesha sifa za sumaku
nyenzo, inaitwa upenyezaji wa sumaku na inaonyeshwa na ma, na ma = m0m, ambapo ma ni kamili, na m ni upenyezaji wa jamaa, m = 1 + c. Katika vitu vya ferromagnetic, thamani ya c inaweza kuwa na maadili makubwa sana - hadi 10 4-10 6. Thamani ya c kwa vifaa vya paramagnetic ni kubwa kidogo kuliko sifuri, na kwa vifaa vya diamagnetic ni kidogo kidogo. Tu katika utupu na katika mashamba dhaifu sana ni wingi c na m mara kwa mara na huru ya uwanja wa nje. Utegemezi wa introduktionsutbildning B juu ya H ni kawaida nonlinear, na grafu yake, kinachojulikana. curves magnetization, kwa vifaa mbalimbali na hata kwa joto tofauti zinaweza kutofautiana kwa kiasi kikubwa (mifano ya curves vile inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2 na 3). Sifa za sumaku za jambo ni ngumu sana, na uelewa wao wa kina unahitaji uchambuzi wa uangalifu wa muundo wa atomi, mwingiliano wao katika molekuli, migongano yao katika gesi na ushawishi wao wa pande zote katika vitu vikali na vimiminika; Sifa za sumaku za vinywaji bado hazijasomwa zaidi. - mashamba yenye nguvu H? 0.5 = 1.0 ME (mpaka ni wa kiholela). Thamani ya chini ya S. m.p. inalingana na max. thamani ya uwanja wa stationary = 500 kOe, pumba inaweza kupatikana kwa njia za kisasa. teknolojia, uwanja wa juu 1 ME, hata kwa muda mfupi. athari kwa...... Ensaiklopidia ya kimwili
Tawi la fizikia ambalo husoma muundo na mali ya yabisi. Data ya kisayansi juu ya muundo mdogo yabisi na mali ya kimwili na kemikali ya atomi zao zinazohusika ni muhimu kwa ajili ya maendeleo ya vifaa vipya na vifaa vya kiufundi. Fizikia...... Encyclopedia ya Collier
Tawi la fizikia linalofunika maarifa kuhusu umeme tuli, mikondo ya umeme na matukio ya sumaku. ELECTROSTATICS Electrostatics huhusika na matukio yanayohusiana na chaji za umeme wakati wa mapumziko. Kuwepo kwa nguvu zinazofanya kazi kati ya ...... Encyclopedia ya Collier
- (kutoka asili ya Kigiriki ya physis). Watu wa kale waliita fizikia utafiti wowote wa ulimwengu unaozunguka na matukio ya asili. Uelewa huu wa neno fizikia ulibaki hadi mwisho wa karne ya 17. Baadaye nambari ilionekana taaluma maalum: kemia inayosoma sifa... ... Encyclopedia ya Collier
Neno wakati kuhusiana na atomi na viini vya atomiki linaweza kumaanisha yafuatayo: 1) spin moment, au spin, 2) dakika ya dipole ya sumaku, 3) dakika ya quadrupole ya umeme, 4) matukio mengine ya umeme na sumaku. Aina mbalimbali… … Encyclopedia ya Collier
Analog ya umeme ya ferromagnetism. Kama vile mgawanyiko wa sumaku (wakati) uliobaki huonekana katika vitu vya ferromagnetic wakati umewekwa kwenye uwanja wa sumaku, katika dielectric za ferroelectric zilizowekwa kwenye uwanja wa umeme... ... Encyclopedia ya Collier Wir verwenden Cookies für die beste Uchapishaji unserer Tovuti. Wenn Sie dieese Tovuti weiterhin nutzen, stimmen Sie dem zu. sawa
Watu wamejua juu ya mali ya uponyaji ya sumaku tangu nyakati za zamani. Wazo la ushawishi wa shamba la sumaku kati ya mababu zetu liliundwa polepole na lilitokana na uchunguzi mwingi. Maelezo ya kwanza ya kile tiba ya sumaku hutoa kwa wanadamu ni ya karne ya 10, wakati waganga walitumia sumaku kutibu mshtuko wa misuli. Baadaye zilianza kutumika kuondoa maradhi mengine.
Ushawishi wa sumaku na uwanja wa sumaku kwenye mwili wa mwanadamu
Sumaku inachukuliwa kuwa moja ya uvumbuzi wa zamani zaidi uliofanywa na watu. Kwa asili hutokea kwa fomu madini ya chuma magnetic. Tangu nyakati za zamani, watu wamekuwa wakipendezwa na mali ya sumaku. Uwezo wake wa kusababisha mvuto na kukataa kulazimishwa hata ustaarabu wa zamani zaidi kugeukia hii mwamba Tahadhari maalum kama uumbaji wa kipekee wa asili. Ukweli kwamba idadi ya watu wa sayari yetu iko katika uwanja wa sumaku na huathiriwa nayo, pamoja na ukweli kwamba Dunia yenyewe ni sumaku kubwa, imejulikana kwa muda mrefu. Wataalamu wengi wanaamini kuwa uwanja wa sumaku wa Dunia ni wa kipekee ushawishi wa manufaa juu ya afya ya viumbe vyote vilivyo hai kwenye sayari, wengine wana maoni tofauti. Wacha tugeuke kwenye historia na tuone jinsi wazo la ushawishi wa uwanja wa sumaku liliundwa.
Magnetism ilipata jina lake kutoka kwa mji wa Magnesiina-Meandre, ulio kwenye eneo la Uturuki ya kisasa, ambapo amana za madini ya chuma ya sumaku ziligunduliwa kwanza - jiwe lenye mali ya kipekee ya kuvutia chuma.
Hata kabla ya enzi yetu, watu walikuwa na wazo la nishati ya kipekee ya sumaku na uwanja wa sumaku: hakukuwa na ustaarabu mmoja ambao sumaku hazikutumiwa kwa namna fulani kuboresha afya ya binadamu.
Moja ya vitu vya kwanza kwa matumizi ya vitendo Sumaku ikawa dira. Sifa za kipande rahisi cha mviringo cha chuma cha sumaku kilichosimamishwa kwenye uzi au kushikamana na kuziba kwenye maji kilifunuliwa. Wakati wa jaribio hili, ikawa kwamba kitu kama hicho kiko kila wakati kwa njia maalum: mwisho mmoja unaonyesha kaskazini, na nyingine kusini. Compass iligunduliwa nchini China karibu 1000 BC. e., na huko Uropa ilijulikana tu kutoka karne ya 12. Bila rahisi kama hiyo, lakini wakati huo huo kifaa cha kipekee cha urambazaji cha sumaku, hakutakuwa na kubwa uvumbuzi wa kijiografia Karne za XV-XVII.
Nchini India, kulikuwa na imani kwamba jinsia ya mtoto ambaye hajazaliwa ilitegemea nafasi ya vichwa vya wanandoa wakati wa mimba. Ikiwa vichwa viko kaskazini, basi msichana atazaliwa, ikiwa kusini, basi mvulana atazaliwa.
Watawa wa Tibet, wakijua juu ya ushawishi wa sumaku kwa wanadamu, walitumia sumaku kichwani ili kuboresha umakini na kuongeza uwezo wa kujifunza.
Kuna ushahidi mwingine mwingi ulioandikwa wa matumizi ya sumaku katika India ya kale na nchi za Kiarabu.
Nia ya ushawishi wa mashamba ya magnetic kwenye mwili wa mwanadamu ilionekana mara baada ya ugunduzi wa hili jambo la kipekee, na watu walianza kuhusisha sumaku zaidi mali ya kushangaza. Iliaminika kuwa "jiwe la sumaku" lililokandamizwa vizuri lilikuwa laxative bora.
Kwa kuongezea, mali kama hizo za sumaku zilielezewa kuwa ni uwezo wa kuponya matone na wazimu, na kuacha aina mbalimbali za kutokwa na damu. Katika nyaraka nyingi ambazo zimeishi hadi leo, mapendekezo mara nyingi hutolewa ambayo yanapingana. Kwa mfano, kulingana na waganga wengine, athari ya sumaku kwenye mwili inalinganishwa na athari ya sumu, na kulingana na wengine, inapaswa kutumika kama dawa.
Sumaku ya Neodymium: mali ya uponyaji na athari kwa afya ya binadamu
Ushawishi mkubwa zaidi kwa wanadamu unahusishwa na sumaku za neodymium: zina formula ya kemikali NdFeB (neodymium - chuma - boroni).
Moja ya faida za mawe hayo ni uwezo wa kuchanganya ukubwa mdogo na yatokanayo na nguvu ya shamba la magnetic. Kwa mfano, Sumaku ya Neodymium, kuwa na nguvu ya gauss 200, ina uzito wa takriban 1 gramu, na sumaku ya kawaida ya chuma, yenye nguvu sawa, ina uzito wa gramu 10.
Sumaku za Neodymium zina faida nyingine: ni thabiti kabisa na zinaweza kuhifadhi mali zao za sumaku kwa mamia ya miaka. Nguvu ya shamba ya mawe kama hayo hupungua kwa karibu 1% zaidi ya miaka 100.
Kuna shamba la sumaku karibu na kila jiwe, ambalo lina sifa ya induction ya sumaku, iliyopimwa katika Gauss. Kwa induction unaweza kuamua nguvu ya shamba la magnetic. Mara nyingi sana, nguvu ya shamba la magnetic hupimwa katika tesla (1 Tesla = 10,000 gauss).
Sifa ya uponyaji ya sumaku za neodymium ni pamoja na kuboresha mzunguko wa damu, kuleta utulivu wa shinikizo la damu, na kuzuia kutokea kwa migraines.
Tiba ya sumaku hufanya nini na inaathirije mwili?
Historia ya tiba ya sumaku kama njia ya matumizi mali ya uponyaji Matumizi ya sumaku kwa madhumuni ya dawa yalianza karibu miaka 2000 iliyopita. Katika Uchina wa Kale, tiba ya sumaku ilitajwa hata katika hati ya matibabu ya Mtawala Huangdi. Katika China ya kale, ilikubaliwa kwa ujumla kuwa afya ya binadamu kwa kiasi kikubwa ilitegemea mzunguko katika mwili nishati ya ndani Qi, iliyoundwa kutoka kwa kanuni mbili tofauti - yin na yang. Wakati usawa wa nishati ya ndani ulivurugwa, ugonjwa uliibuka ambao unaweza kuponywa kwa kutumia mawe ya sumaku kwa sehemu fulani za mwili.
Kuhusu tiba ya magnetic yenyewe, nyaraka nyingi kutoka wakati wa Misri ya Kale zimehifadhiwa, kutoa ushahidi wa moja kwa moja wa matumizi ya njia hii kurejesha afya ya binadamu. Hadithi moja ya wakati huo inazungumza juu ya uzuri na afya isiyo ya kawaida ya Cleopatra, ambayo alikuwa nayo shukrani kwa kuvaa mara kwa mara mkanda wa sumaku kichwani mwake.
Mafanikio ya kweli katika matibabu ya sumaku yalitokea huko Roma ya Kale. Katika shairi maarufu "Juu ya Asili ya Mambo" na Titus Lucretius Cara, iliyoandikwa nyuma katika karne ya 1 KK. e., inasemwa: "Inatokea pia kwamba aina ya chuma inaweza kuruka kutoka kwa jiwe au kuvutiwa nayo."
Hippocrates na Aristotle walielezea sifa za kipekee za matibabu ya madini ya sumaku, na daktari wa Kirumi, daktari wa upasuaji na mwanafalsafa Galen alitambua mali ya kupunguza maumivu ya vitu vya sumaku.
Mwishoni mwa karne ya 10, mwanasayansi mmoja wa Kiajemi alielezea kwa undani athari ya sumaku kwenye mwili wa mwanadamu: alihakikisha kwamba magnetotherapy inaweza kutumika kwa spasms ya misuli na kuvimba nyingi. Kula ushahidi wa maandishi, ambayo inaelezea matumizi ya sumaku ili kuongeza nguvu za misuli, nguvu ya mfupa, kupunguza maumivu ya pamoja, na kuboresha kazi ya genitourinary.
Mwisho wa XV - mapema XVI kwa karne nyingi, wanasayansi wengine wa Uropa wanaanza kusoma tiba ya sumaku kama sayansi na matumizi yake kwa madhumuni ya matibabu. Hata daktari wa mahakama Malkia wa Uingereza Elizabeth I, ambaye alikuwa na ugonjwa wa arthritis, alitumia sumaku kwa matibabu.
Mnamo 1530, daktari maarufu wa Uswizi Paracelsus, baada ya kusoma jinsi magnetotherapy inavyofanya kazi, alichapisha hati kadhaa zilizo na ushahidi wa ufanisi wa uwanja wa sumaku. Alielezea sumaku kama "mfalme wa siri zote" na akaanza kutumia miti tofauti ya sumaku ili kufikia matokeo fulani katika matibabu. Ingawa daktari hakujua chochote kuhusu dhana ya Kichina ya nishati ya Qi, aliamini vile vile kwamba nguvu ya asili (archaeus) ilikuwa na uwezo wa kumpa mtu nishati.
Paracelsus alikuwa na hakika kwamba ushawishi wa sumaku juu ya afya ya binadamu ni ya juu sana kwamba inampa nishati ya ziada. Aidha, alibainisha uwezo wa archaeus ili kuchochea mchakato wa kujiponya. Kwa kweli, uchochezi wote na magonjwa mengi, kwa maoni yake, yanaweza kutibiwa vizuri zaidi na sumaku kuliko kutumia njia za kawaida za matibabu. Paracelsus alitumia sumaku katika mazoezi ya kupambana na kifafa, kutokwa na damu na indigestion.
Tiba ya sumaku inaathirije mwili na inatibu nini?
Mwishoni mwa karne ya 18, sumaku zilianza kutumiwa sana kuondoa magonjwa mbalimbali. Daktari maarufu wa Austria Franz Anton Mesmer aliendelea na utafiti wake kuhusu jinsi tiba ya sumaku inavyoathiri mwili. Kwanza huko Vienna, na baadaye huko Paris, alifanikiwa kutibu magonjwa mengi kwa msaada wa sumaku. Alijazwa sana na suala la athari za uwanja wa sumaku kwa afya ya binadamu hivi kwamba alitetea tasnifu yake, ambayo baadaye ilichukuliwa kama msingi wa utafiti na maendeleo ya fundisho la tiba ya sumaku katika tamaduni ya Magharibi.
Akitegemea uzoefu wake, Mesmer alifikia maamuzi mawili ya msingi: ya kwanza ni kwamba mwili wa mwanadamu umezungukwa na uga wa sumaku, uvutano aliouita “sumaku ya wanyama.” Aliziona sumaku za kipekee zenyewe zinazotenda juu ya wanadamu kuwa waendeshaji wa “sumaku hiyo ya wanyama.” Hitimisho la pili lilitokana na ukweli kwamba sayari zina ushawishi mkubwa juu ya mwili wa mwanadamu.
Mtunzi mkuu Mozart alishangazwa na kufurahishwa sana na mafanikio ya Mesmer katika dawa hivi kwamba katika opera yake “Cosi fan tutte” (“Hivi ndivyo kila mtu hufanya”) aliimba kipengele hiki cha kipekee cha utendaji wa sumaku (“Hii ni sumaku, Jiwe la Mesmer, ambalo lilikuja kutoka Ujerumani na kuwa maarufu nchini Ufaransa ").
Pia huko Uingereza, wanachama wa Royal jamii ya matibabu, ambayo utafiti ulifanyika katika uwanja wa matumizi ya mashamba ya magnetic, uligundua ukweli kwamba sumaku inaweza kutumika kwa ufanisi katika kupambana na magonjwa mengi ya mfumo wa neva.
Mwishoni mwa miaka ya 1770, Abbé Lenoble wa Ufaransa alizungumza juu ya tiba ambazo tiba ya sumaku inaweza kutoa wakati wa kuzungumza kwenye mkutano wa Jumuiya ya Kifalme ya Tiba. Aliripoti uchunguzi wake katika uwanja wa magnetism na alipendekeza matumizi ya sumaku, kwa kuzingatia eneo la maombi. Pia alianzisha uumbaji wa wingi wa vikuku vya magnetic na aina mbalimbali vito vilivyotengenezwa kutoka kwa nyenzo hii kwa kupona. Katika kazi zake, alichunguza kwa undani matokeo ya mafanikio ya kutibu maumivu ya meno, arthritis na magonjwa mengine, na overexertion.
Kwa nini tiba ya magnetic inahitajika na ni jinsi gani ni muhimu?
Baada ya Vita vya wenyewe kwa wenyewe vya Amerika (1861-1865), tiba ya sumaku ikawa maarufu zaidi kuliko katika njia hii matibabu kutokana na ukweli kwamba hali ya maisha ilikuwa mbali na Ulaya. Ilipata maendeleo dhahiri katika Midwest. Mara nyingi watu sio bora, hawakuwa wa kutosha madaktari wa kitaaluma, ndiyo maana nililazimika kujitibu. Wakati huo, idadi kubwa ya bidhaa tofauti za sumaku zilizo na athari ya analgesic zilitolewa na kuuzwa. Matangazo mengi yaliyotajwa mali ya kipekee mawakala wa matibabu ya magnetic. Vito vya sumaku vilikuwa maarufu zaidi kati ya wanawake, wakati wanaume walipendelea insoles na mikanda.
Katika karne ya 19, makala nyingi na vitabu vilielezea kwa nini tiba ya magnetic ilihitajika na ni jukumu gani lilikuwa katika matibabu ya magonjwa mengi. Kwa mfano, ripoti kutoka hospitali maarufu ya Kifaransa ya Salpêtrière ilisema kwamba sumaku zina uwezo wa kuongezeka “ upinzani wa umeme katika mishipa ya magari" na kwa hiyo ni muhimu sana katika mapambano dhidi ya hemiparesis (kupooza kwa upande mmoja).
Katika karne ya 20, mali ya sumaku ilianza kutumika sana katika sayansi (wakati wa kuunda vifaa mbalimbali), na katika maisha ya kila siku. Sumaku za kudumu na sumaku-umeme ziko katika jenereta zinazozalisha sasa na katika motors za umeme zinazoitumia. Nyingi magari alitumia nguvu ya sumaku: gari, basi la toroli, locomotive ya dizeli, ndege. Sumaku ni sehemu muhimu ya vyombo vingi vya kisayansi.
Huko Japani, athari za kiafya za sumaku zimekuwa mada ya mjadala mkubwa na utafiti mkali. Kinachojulikana kama vitanda vya sumaku, ambavyo hutumiwa na Wajapani kupunguza mafadhaiko na malipo ya mwili kwa "nishati," vimekuwa maarufu sana katika nchi hii. Kulingana na wataalamu wa Kijapani, sumaku ni nzuri kwa kazi nyingi, osteochondrosis, migraines na magonjwa mengine.
Magharibi walikopa mila ya Japani. Njia za kutumia tiba ya magnetic zimepata wafuasi wengi kati ya madaktari wa Ulaya, physiotherapists na wanariadha. Kwa kuongeza, kutokana na manufaa ya tiba ya magnetic, njia hii imepokea msaada kutoka kwa wataalamu wengi wa Marekani katika uwanja wa tiba ya kimwili, kwa mfano, daktari wa neva anayeongoza William Phil Pot kutoka Oklahoma. Dk Phil Pot anaamini kwamba kufichua mwili kwa shamba hasi la sumaku huchochea utengenezaji wa melatonin, homoni ya kulala, na hivyo hufanya mwili kuwa na utulivu zaidi.
Wanariadha wengine wa Amerika wanaona athari nzuri ya uwanja wa sumaku kwenye diski za mgongo zilizoharibiwa baada ya majeraha, na pia kupunguzwa kwa maumivu.
Wengi majaribio ya matibabu uliofanywa katika vyuo vikuu vya Marekani ilionyesha kuwa kuonekana kwa magonjwa ya viungo hutokea kutokana na mzunguko wa kutosha wa damu na kuvuruga kwa mfumo wa neva. Ikiwa seli hazipati virutubisho kwa kiasi kinachohitajika, hii inaweza kusababisha maendeleo ya ugonjwa wa muda mrefu.
Tiba ya sumaku inasaidiaje: majaribio mapya
Jibu la kwanza katika dawa ya kisasa kwa swali "jinsi gani tiba ya magnetic inasaidia" ilitolewa mwaka wa 1976 na daktari maarufu wa Kijapani Nikagawa. Alianzisha wazo la "syndrome ya upungufu wa shamba la sumaku." Baada ya tafiti kadhaa, dalili zifuatazo za ugonjwa huu zilielezewa: udhaifu wa jumla, kuongezeka kwa uchovu, kupungua kwa utendaji, usumbufu wa kulala, kipandauso, maumivu kwenye viungo na mgongo, mabadiliko katika utendaji wa mifumo ya utumbo na moyo na mishipa (shinikizo la damu au hypotension). ), mabadiliko katika ngozi, dysfunctions ya uzazi. Ipasavyo, matumizi ya tiba ya sumaku hufanya iwezekanavyo kurekebisha hali hizi zote.
Bila shaka, ukosefu wa shamba la magnetic sio sababu pekee ya magonjwa haya, lakini ni wengi etiolojia ya michakato hii.
Wanasayansi wengi waliendelea kufanya majaribio mapya na mashamba ya sumaku. Labda maarufu zaidi kati yao ilikuwa majaribio na uwanja dhaifu wa sumaku wa nje au kutokuwepo kwake. Wakati huo huo, ilikuwa ni lazima kuthibitisha athari mbaya ya hali hiyo kwenye mwili wa mwanadamu.
Mmoja wa wanasayansi wa kwanza kufanya jaribio kama hilo alikuwa mtafiti wa Kanada Ian Crane. Alitazama idadi ya viumbe (bakteria, wanyama, ndege) waliokuwa kwenye chumba maalum chenye uwanja wa sumaku. Ilikuwa ndogo sana kuliko shamba la Dunia. Baada ya bakteria kukaa kwa siku tatu katika hali kama hizi, uwezo wao wa kuzaliana ulipungua mara 15, shughuli za neuromotor katika ndege zilianza kuonekana mbaya zaidi, na mabadiliko makubwa katika michakato ya kimetaboliki yalianza kuzingatiwa katika panya. Ikiwa kukaa katika hali ya uwanja dhaifu wa sumaku ilikuwa ndefu, basi mabadiliko yasiyoweza kubadilika yalitokea katika tishu za viumbe hai.
Jaribio kama hilo lilifanywa na kikundi cha wanasayansi wa Urusi wakiongozwa na Lev Nepomnyashchikh: panya ziliwekwa kwenye chumba kilichofungwa kutoka kwa uwanja wa sumaku wa Dunia na skrini maalum.
Siku moja baadaye, walianza kupata mtengano wa tishu. Wanyama wachanga walizaliwa wakiwa na upara, na baadaye walipata magonjwa mengi.
Leo, idadi kubwa ya majaribio sawa yanajulikana, na matokeo sawa yanazingatiwa kila mahali: kupungua au kutokuwepo kwa shamba la asili la magnetic huchangia kuzorota kwa kasi na kwa haraka kwa afya katika viumbe vyote vilivyojifunza. Aina nyingi za sumaku za asili pia sasa hutumiwa kikamilifu, ambazo huundwa kwa asili kutoka kwa lava ya volkeno iliyo na chuma na nitrojeni ya anga. Sumaku kama hizo zilitumika maelfu ya miaka iliyopita.
Ni vigumu kupata shamba ambalo sumaku hazingetumika. Vitu vya kuchezea vya kielimu, vifaa muhimu na vifaa ngumu vya viwandani ni sehemu ndogo tu ya idadi kubwa ya chaguzi kwa matumizi yao. Wakati huo huo, watu wachache wanajua jinsi sumaku zinavyofanya kazi na ni siri gani ya nguvu zao za kuvutia. Ili kujibu maswali haya, unahitaji kupiga mbizi katika misingi ya fizikia, lakini usijali - kupiga mbizi itakuwa fupi na ya kina. Lakini baada ya kufahamiana na nadharia, utajifunza ni nini sumaku ina, na asili ya nguvu yake ya sumaku itakuwa wazi zaidi kwako.
Elektroni ni sumaku ndogo na rahisi zaidi
Dutu yoyote ina atomi, na atomi, kwa upande wake, inajumuisha kiini karibu na chembe chaji chanya na hasi - protoni na elektroni - huzunguka. Mada ya maslahi yetu ni elektroni. Harakati zao huunda mkondo wa umeme katika waendeshaji. Kwa kuongeza, kila elektroni ni chanzo cha miniature cha shamba la magnetic na, kwa kweli, sumaku rahisi. Ni kwamba katika utungaji wa vifaa vingi mwelekeo wa harakati za chembe hizi ni chaotic. Matokeo yake, malipo yao yanasawazisha kila mmoja. Na wakati mwelekeo wa mzunguko kiasi kikubwa elektroni katika obiti zao sanjari, basi nguvu ya sumaku ya mara kwa mara inatokea.
Kifaa cha sumaku
Kwa hivyo, tumepanga elektroni. Na sasa tuko karibu sana kujibu swali la jinsi sumaku zimeundwa. Ili nyenzo kuvutia kipande cha chuma cha mwamba, mwelekeo wa elektroni katika muundo wake lazima ufanane. Katika kesi hii, atomi huunda maeneo yaliyoamriwa inayoitwa vikoa. Kila kikoa kina jozi ya miti: kaskazini na kusini. Mstari wa mara kwa mara wa harakati za nguvu za magnetic hupitia kwao. Wanaingia kwenye ncha ya kusini na kutoka kwenye ncha ya kaskazini. Mpangilio huu unamaanisha kuwa ncha ya kaskazini itavutia kila wakati ncha ya kusini ya sumaku nyingine, wakati kama miti itarudisha nyuma.
Jinsi sumaku huvutia metali
Nguvu ya sumaku haiathiri vitu vyote. Nyenzo fulani tu zinaweza kuvutia: chuma, nickel, cobalt na madini adimu duniani. Kipande cha chuma cha mwamba sio sumaku ya asili, lakini inapofunuliwa na shamba la sumaku, muundo wake hupangwa tena katika vikoa na miti ya kaskazini na kusini. Kwa hivyo, chuma kinaweza kuwa na sumaku na kuhifadhi muundo wake uliobadilishwa kwa muda mrefu.
Je, sumaku hutengenezwaje?
Tayari tumegundua ni nini sumaku inajumuisha. Ni nyenzo ambayo mwelekeo wa vikoa unalingana. Uga wenye nguvu wa sumaku au mkondo wa umeme unaweza kutumika kutoa mali hizi kwa mwamba. KATIKA kwa sasa watu wamejifunza kutengeneza sumaku zenye nguvu sana, nguvu ya mvuto ambayo ni mara kumi kubwa kuliko uzito wao wenyewe na hudumu kwa mamia ya miaka. Tunazungumza juu ya sumaku adimu za ardhi kulingana na aloi ya neodymium. Bidhaa hizo zenye uzito wa kilo 2-3 zinaweza kushikilia vitu vyenye uzito wa kilo 300 au zaidi. Je, sumaku ya neodymium inajumuisha nini na ni nini husababisha mali hiyo ya ajabu?
Chuma rahisi haifai kwa kuzalisha bidhaa kwa mafanikio na nguvu yenye nguvu ya kuvutia. Hii inahitaji utungaji maalum ambao utaruhusu vikoa kuamuru kwa ufanisi iwezekanavyo na kudumisha utulivu wa muundo mpya. Ili kuelewa ni nini sumaku ya neodymium inajumuisha, fikiria poda ya chuma ya neodymium, chuma na boroni, ambayo, kwa kutumia mitambo ya viwanda, itapigwa sumaku na shamba kali na kuingizwa kwenye muundo mgumu. Ili kulinda nyenzo hii, imefungwa na shell ya kudumu ya mabati. Teknolojia hii ya uzalishaji inatuwezesha kuzalisha bidhaa za ukubwa na maumbo mbalimbali. Katika urval wa duka la mtandaoni la Ulimwengu wa Sumaku utapata aina kubwa ya bidhaa za sumaku kwa kazi, burudani na maisha ya kila siku.
Wakati sumaku huvutia vitu vya chuma yenyewe, inaonekana kama uchawi, lakini kwa kweli mali ya "kichawi" ya sumaku inahusishwa tu na shirika maalum la muundo wao wa elektroniki. Kwa sababu elektroni inayozunguka atomi huunda uwanja wa sumaku, atomi zote ni sumaku ndogo; hata hivyo, katika vitu vingi athari za sumaku zilizoharibika za atomi hughairi nyingine.
Hali ni tofauti katika sumaku, mashamba ya sumaku ya atomiki ambayo yamepangwa katika mikoa iliyopangwa inayoitwa domains. Kila eneo kama hilo lina ncha ya kaskazini na kusini. Mwelekeo na ukubwa wa uwanja wa sumaku unaonyeshwa na kinachojulikana kama mistari ya nguvu (takwimu inaonyesha. kijani), ambayo hutoka kwenye ncha ya kaskazini ya sumaku na kuingia kusini. Kadiri mistari ya nguvu inavyokuwa nzito, ndivyo sumaku inavyojilimbikizia zaidi. Ncha ya Kaskazini sumaku moja huvutia ncha ya kusini ya nyingine, wakati miti miwili kama miti hufukuzana. Sumaku huvutia metali fulani tu, hasa chuma, nikeli na cobalt, inayoitwa ferromagnets. Ingawa nyenzo za ferromagnetic si sumaku asilia, atomi zake hujipanga upya zikiwa na sumaku kwa njia ambayo miili ya ferromagnetic hutengeneza nguzo za sumaku.
Mnyororo wa sumaku
Kugusa mwisho wa sumaku kwa klipu za karatasi za chuma huunda ncha ya kaskazini na kusini kwa kila klipu ya karatasi. Nguzo hizi zimeelekezwa kwa mwelekeo sawa na sumaku. Kila kipande cha karatasi kilikuwa sumaku.
Isitoshe sumaku kidogo
Baadhi ya metali zina muundo wa kioo huundwa na atomi zilizowekwa katika nyanja za sumaku. Nguzo za sumaku za vikoa kawaida huwa na mwelekeo tofauti (mishale nyekundu) na hazina athari ya sumaku.
Uundaji wa sumaku ya kudumu
- Kwa kawaida, nyanja za sumaku za chuma zimeelekezwa kwa nasibu (mishale ya pink), na sumaku ya asili ya chuma haionekani.
- Ikiwa unaleta sumaku (pink bar) karibu na chuma, nyanja za sumaku za chuma huanza kujipanga kando ya uwanja wa sumaku (mistari ya kijani).
- Sehemu nyingi za sumaku za chuma hujipanga haraka kwenye mistari ya uwanja wa sumaku. Matokeo yake, chuma yenyewe inakuwa sumaku ya kudumu.
Katika sumaku-umeme, uwanja wa sumaku huzalishwa na mabadiliko uwanja wa umeme, au kutokana na mwendo wa kondakta na DC, au kutokana na mtiririko kupitia kondakta mkondo wa kubadilisha. Kwa hali yoyote, wakati sasa imezimwa, athari ya magnetic hupotea. Sumaku ya kudumu ni jambo tofauti kabisa. Hakuna athari ya mkondo hapa. Lakini kuna uwanja wa sumaku.
Maelezo madhubuti ya kanuni ya operesheni ya sumaku ya kudumu haiwezekani bila ushiriki wa kifaa. fizikia ya quantum. Ikiwa unaelezea "kwenye vidole vyako", basi maelezo ya kutosha zaidi yanasikika kwa njia ifuatayo. Kila elektroni yenyewe ni sumaku na ina wakati wa sumaku - hii ni mali yake muhimu ya mwili. Ikiwa atomi ambazo elektroni "ni" zimeelekezwa kwa nasibu katika dutu, basi wakati wa sumaku wa elektroni hulipa fidia na dutu hiyo haionyeshi sifa za sumaku. Ikiwa kwa sababu fulani atomi (angalau sehemu yao) zimeelekezwa kwa mwelekeo mmoja, basi mali ya sumaku ya elektroni huongeza na dutu inakuwa sumaku. Inatokea kwamba sumaku yenye nguvu ni moja ambayo atomi nyingi zinaelekezwa kwa mwelekeo huo huo, na atomi chache zina mwelekeo sawa, sumaku ni dhaifu. Pia ni wazi kwamba vinywaji na gesi, kimsingi, haziwezi kuwa sumaku - baada ya yote, atomi zinaweza kudumisha mwelekeo wao tu katika vitu vikali.
Baada ya muda, sumaku hupoteza mali zao, lakini hii hutokea chini ya ushawishi wa sababu za nje: shamba la nje la magnetic, joto la juu, uharibifu wa mitambo. Wakati wa kuvutia mwili, sumaku hutumia sehemu ya nishati yake kwenye kivutio hiki na inakuwa na nguvu kidogo. Lakini unaporarua mwili huu kutoka kwa sumaku, inarudi kabisa nishati iliyotumiwa. Kwa hivyo, kazi ya jumla ya mitambo ya sumaku ya kudumu inabaki sifuri, na kinadharia sumaku inaweza kuhifadhi mali zake kwa muda mrefu usiojulikana.
Uzalishaji na matumizi ya sumaku za kudumu
Licha ya ukweli kwamba sumaku zilijulikana kwa watu maelfu ya miaka iliyopita, wao uzalishaji viwandani iliwezekana tu katika karne ya ishirini. Zaidi ya hayo, sumaku zenye nguvu zaidi za kudumu kulingana na aloi za neodymium ziligunduliwa tu katika miaka ya 80 ya karne iliyopita. Na sumaku za bei nafuu na maarufu zaidi zinazozalishwa leo - nyenzo za sumaku za polymer, ambazo ni pamoja na, kwa mfano, vinyl ya sumaku, zilitengenezwa mwanzoni mwa milenia ya pili na ya tatu.
Kwanza matumizi ya vitendo sumaku za kudumu zilianza karne ya 12 na hazijapoteza umuhimu wao hadi leo. Hii ni matumizi ya sindano ya sumaku kwenye dira. Kabla ya kuanza kwa utengenezaji wa wingi wa vifaa vya sumaku, sumaku hazikutumika kwa kitu kingine chochote (kuzitumia kama vitu vya kuchezea au hirizi za "uponyaji" hazihesabu).
Katika teknolojia ya kisasa, sumaku za kudumu hutumiwa kila mahali. Inatosha kuorodhesha hifadhi ya sumaku (kutoka kwa viendeshi vya diski kwenye kompyuta yako hadi mstari wa sumaku kwenye kadi yako ya plastiki), maikrofoni na spika (kuna sumaku za kudumu kwenye spika za sauti kwenye meza yako na kwenye simu yako ya mkononi), katika injini za kielektroniki. na jenereta (sio aina zote za motors za umeme zinazotumia sumaku za kudumu, lakini, kwa mfano, mashabiki kwenye kompyuta yako hakika wanazo), katika sensorer nyingi za elektroniki (umewahi kufikiria kuwa ni aina hii ya sensor, kwa mfano, inayozuia lifti kutoka kuanza kusonga wakati milango haijafungwa) na katika vifaa vingine vingi. Baadhi ya aina ya matumizi ya sumaku hatua kwa hatua kuwa kizamani: kwa mfano, cathode ray zilizopo, kwa misingi ambayo hadi hivi karibuni 100% ya TV na wachunguzi walikuwa zinazozalishwa, ni tena muhimu; Midia ya uhifadhi wa sumaku inatoweka hatua kwa hatua kutoka kwenye eneo la tukio. Lakini kwa ujumla, uzalishaji na matumizi ya sumaku ya kudumu inakua kila mwaka.