MIKNATISLAR VE MADDENİN MANYETİK ÖZELLİKLERİ
Manyetizmanın en basit tezahürleri çok uzun zamandır bilinmektedir ve çoğumuza aşinadır. Ancak görünüşte bunları açıklamak basit fenomen Fiziğin temel ilkelerine dayalı bir yaklaşım ancak nispeten yakın zamanda mümkün olmuştur. İki mıknatıs var farklı türler. Bazıları “sert manyetik” malzemelerden yapılmış kalıcı mıknatıslardır. Manyetik özellikleri harici kaynakların veya akımların kullanımıyla ilgili değildir. Başka bir tür, "yumuşak manyetik" demirden yapılmış bir çekirdeğe sahip olan elektromıknatısları içerir. Yarattıkları manyetik alanlar esas olarak çekirdeği çevreleyen sargı telinin geçmesinden kaynaklanmaktadır. elektrik akımı.
Manyetik kutuplar ve manyetik alan. Bir çubuk mıknatısın manyetik özellikleri en çok uçlarına yakın yerlerde fark edilir. Böyle bir mıknatıs yatay düzlemde serbestçe dönebilecek şekilde orta kısımdan asılırsa, yaklaşık olarak kuzeyden güneye doğru yöne karşılık gelen bir konum alacaktır. Çubuğun kuzeyi gösteren ucuna kuzey kutbu, karşı ucuna ise güney kutbu denir. İki mıknatısın zıt kutupları birbirini çeker, aynı kutuplar ise birbirini iter. Mıknatıslanmamış bir demir çubuk mıknatısın kutuplarından birine yaklaştırılırsa kutup geçici olarak mıknatıslanır. Bu durumda mıknatıslanmış çubuğun mıknatısın kutbuna en yakın kutbu zıt isimde olacak, uzaktaki ise aynı ismi taşıyacaktır. Mıknatısın kutbu ile onun çubukta oluşturduğu karşıt kutup arasındaki çekim, mıknatısın hareketini açıklar. Bazı malzemeler (çelik gibi) kalıcı bir mıknatısın veya elektromıknatısın yakınında olduktan sonra zayıf kalıcı mıknatıslar haline gelir. Bir çelik çubuk, bir çubuğun kalıcı mıknatısının ucunun ucu boyunca geçirilmesiyle mıknatıslanabilir. Yani bir mıknatıs, diğer mıknatısları ve manyetik malzemelerden yapılmış nesneleri, onlara temas etmeden çeker. Uzaktan yapılan bu hareket, mıknatısın etrafındaki boşluktaki varlıkla açıklanmaktadır. manyetik alan. Bu manyetik alanın yoğunluğu ve yönü hakkında bir fikir, demir tozlarının bir mıknatıs üzerine yerleştirilmiş bir karton veya cam levha üzerine dökülmesiyle elde edilebilir. Talaş tarla yönünde zincirler halinde sıralanacak ve talaş çizgilerinin yoğunluğu bu alanın yoğunluğuna karşılık gelecektir. (Manyetik alan yoğunluğunun en büyük olduğu mıknatısın uçlarında en kalındırlar.) M. Faraday (1791-1867) mıknatıslar için kapalı indüksiyon hatları kavramını ortaya attı. İndüksiyon hatları, kuzey kutbundaki mıknatıstan çevredeki boşluğa uzanır, güney kutbundan mıknatısa girer ve güney kutbundan tekrar kuzeye doğru mıknatıs malzemesinin içinden geçerek kapalı bir döngü oluşturur. Tam sayı Bir mıknatıstan çıkan indüksiyon hatlarına manyetik akı denir. Manyetik akı yoğunluğu veya manyetik indüksiyon (B), birim büyüklükteki temel bir alandan normal olarak geçen indüksiyon hatlarının sayısına eşittir. Manyetik indüksiyon, bir manyetik alanın, içinde bulunan akım taşıyan bir iletkene etki ettiği kuvveti belirler. Akımın geçtiği iletken indüksiyon hatlarına dik olarak yerleştirilmişse, Ampere yasasına göre iletkene etki eden F kuvveti hem alana hem de iletkene diktir ve manyetik indüksiyon, akım gücü ve uzunluk ile orantılıdır. iletkenin. Böylece manyetik indüksiyon B için şu ifadeyi yazabiliriz:
F Newton cinsinden kuvvet, I amper cinsinden akım, l metre cinsinden uzunluktur. Manyetik indüksiyonun ölçü birimi Tesla'dır (T)
(ayrıca bkz. ELEKTRİK VE MANYETİZMA).
Galvanometre. Galvanometre zayıf akımları ölçmek için hassas bir araçtır. Bir galvanometre, at nalı şeklindeki bir kalıcı mıknatısın, mıknatısın kutupları arasındaki boşlukta asılı duran küçük bir akım taşıyan bobin (zayıf bir elektromıknatıs) ile etkileşimi sonucu üretilen torku kullanır. Tork ve dolayısıyla bobinin sapması, akımla ve hava boşluğundaki toplam manyetik indüksiyonla orantılıdır, böylece cihazın ölçeği, bobinin küçük sapmaları için neredeyse doğrusaldır. Mıknatıslanma kuvveti ve manyetik alan kuvveti. Daha sonra, elektrik akımının manyetik etkisini karakterize eden başka bir niceliği tanıtmalıyız. Akımın, içinde mıknatıslanabilir bir malzeme bulunan uzun bir bobinin telinden geçtiğini varsayalım. Mıknatıslama kuvveti, bobindeki elektrik akımının ve dönüş sayısının çarpımıdır (dönüş sayısı boyutsuz bir miktar olduğundan bu kuvvet amper cinsinden ölçülür). Manyetik alan kuvveti H, bobinin birim uzunluğu başına mıknatıslanma kuvvetine eşittir. Böylece H'nin değeri metre başına amper cinsinden ölçülür; bobinin içindeki malzemenin kazandığı mıknatıslanmayı belirler. Bir vakumda, manyetik indüksiyon B, manyetik alan kuvveti H ile orantılıdır:
M0'ın sözde olduğu yer manyetik sabiti olan evrensel anlam 4pХ10-7 H/m. Birçok malzemede B'nin değeri yaklaşık olarak H ile orantılıdır. Ancak ferromanyetik malzemelerde B ile H arasındaki ilişki biraz daha karmaşıktır (aşağıda tartışıldığı gibi). Şek. Şekil 1, yükleri kavramak için tasarlanmış basit bir elektromıknatısı göstermektedir. Enerji kaynağı bir DC pildir. Şekil aynı zamanda elektromıknatısın, demir talaşlarının olağan yöntemiyle tespit edilebilen alan çizgilerini de göstermektedir.
Demir çekirdekli büyük elektromıknatıslar ve çok çok sayıda Sürekli modda çalışan amper dönüşleri büyük bir mıknatıslanma kuvvetine sahiptir. Kutuplar arasındaki boşlukta 6 Tesla'ya kadar manyetik indüksiyon oluştururlar; bu indüksiyon yalnızca mekanik stres, bobinlerin ısınması ve çekirdeğin manyetik doygunluğu ile sınırlıdır. Bir dizi dev su soğutmalı elektromıknatıs (çekirdeksiz) ve darbeli manyetik alanlar oluşturmaya yönelik kurulumlar, Cambridge'de ve SSCB Bilimler Akademisi Fiziksel Sorunlar Enstitüsü'nde P.L. Kapitsa (1894-1984) tarafından tasarlandı ve F. Acı (1902-1967) Massachusetts'te Teknoloji Enstitüsü. Bu tür mıknatıslarla 50 Tesla'ya kadar indüksiyon elde etmek mümkün oldu. Losalamos Ulusal Laboratuvarı'nda 6,2 Tesla'ya kadar alan üreten, 15 kW elektrik gücü tüketen ve sıvı hidrojenle soğutulan nispeten küçük bir elektromıknatıs geliştirildi. Kriyojenik sıcaklıklarda da benzer alanlar elde edilir.
Manyetik geçirgenlik ve manyetizmadaki rolü. Manyetik geçirgenlik m, bir malzemenin manyetik özelliklerini karakterize eden bir miktardır. Ferromanyetik metaller Fe, Ni, Co ve bunların alaşımları çok yüksek maksimum geçirgenliğe sahiptir - 5000'den (Fe için) 800.000'e (süper alaşım için). Bu tür malzemelerde, nispeten düşük H alan kuvvetlerinde, büyük indüksiyonlar B ortaya çıkar, ancak genel olarak konuşursak, bu miktarlar arasındaki ilişki, aşağıda tartışılan doygunluk ve histerezis olgularından dolayı doğrusal değildir. Ferromanyetik malzemeler mıknatıslar tarafından güçlü bir şekilde çekilir. Curie noktasının üzerindeki sıcaklıklarda (Fe için 770° C, Ni için 358° C, Co için 1120° C) manyetik özelliklerini kaybederler ve çok yüksek H dayanım değerlerine kadar indüksiyon B'nin olduğu paramıknatıslar gibi davranırlar. bununla orantılı - boşlukta olanla tamamen aynı. Birçok element ve bileşik tüm sıcaklıklarda paramanyetiktir. Paramanyetik maddeler, harici bir manyetik alanda mıknatıslanmalarıyla karakterize edilir; eğer bu alan kapatılırsa, paramıknatıslar mıknatıslanmamış bir duruma geri döner. Ferromıknatıslardaki mıknatıslanma kapatıldıktan sonra bile korunur dış alan. Şek. Şekil 2, manyetik olarak sert (büyük kayıplara sahip) bir ferromanyetik malzeme için tipik bir histerezis döngüsünü göstermektedir. Manyetik olarak sıralanmış bir malzemenin mıknatıslanmasının, mıknatıslanma alanının gücüne belirsiz bağımlılığını karakterize eder. Başlangıç (sıfır) noktasından (1) itibaren manyetik alan kuvvetinin artmasıyla birlikte, 1-2 nolu kesikli çizgi boyunca mıknatıslanma meydana gelir ve numunenin mıknatıslanması arttıkça m değeri önemli ölçüde değişir. 2. noktada doygunluğa ulaşılır, yani. voltajın daha da artmasıyla mıknatıslanma artık artmaz. Şimdi H'nin değerini kademeli olarak sıfıra indirirsek, o zaman B(H) eğrisi artık önceki yolu izlemez, ancak 3. noktadan geçer ve malzemenin "hafızasını" ortaya çıkarır. geçmiş tarih", dolayısıyla "histerezis" adı verilir. Açıkçası, bu durumda bir miktar artık mıknatıslanma korunur (bölüm 1-3). Mıknatıslama alanının yönünü ters yöne değiştirdikten sonra, B(H) eğrisi 4 noktasını geçer ve (1)-(4) segmenti, manyetikliğin giderilmesini önleyen zorlayıcı kuvvete karşılık gelir. (-H) değerlerinde daha fazla bir artış, histerezis eğrisini üçüncü çeyreğe - bölüm 4-5'e yönlendirir. (-H) sıfıra ve ardından H'nin pozitif değerlerinde bir artış, histerezis döngüsünün 6, 7 ve 2 noktalarından kapanmasına yol açacaktır.
Sert manyetik malzemeler, diyagram üzerinde önemli bir alanı kaplayan ve dolayısıyla büyük kalıcı mıknatıslanma (manyetik indüksiyon) ve zorlayıcı kuvvet değerlerine karşılık gelen geniş bir histerezis döngüsü ile karakterize edilir. Dar bir histerezis döngüsü (Şekil 3), yumuşak çelik ve yüksek manyetik geçirgenliğe sahip özel alaşımlar gibi yumuşak manyetik malzemelerin karakteristiğidir. Bu tür alaşımlar histerezisin neden olduğu enerji kayıplarını azaltmak amacıyla oluşturulmuştur. Ferritler gibi bu özel alaşımların çoğu, yalnızca manyetik kayıpları değil aynı zamanda girdap akımlarının neden olduğu elektriksel kayıpları da azaltan yüksek elektrik direncine sahiptir.
Yüksek geçirgenliğe sahip manyetik malzemeler, yaklaşık 1000 ° C sıcaklıkta tutularak gerçekleştirilen tavlama ve ardından temperleme (kademeli soğutma) ile üretilir. oda sıcaklığı. Bu durumda ön mekanik ve ısıl işlemin yanı sıra numunede yabancı maddelerin bulunmaması da çok önemlidir. 20. yüzyılın başındaki transformatör çekirdekleri için. Silikon içeriği arttıkça değeri artan silikon çelikler geliştirildi. 1915 ile 1920 yılları arasında, karakteristik dar ve neredeyse dikdörtgen histerezis döngüsüne sahip permal alaşımlar (Ni ve Fe alaşımları) ortaya çıktı. Hipernik (%50 Ni, %50 Fe) ve mu-metal (%75 Ni, %18 Fe, %5 Cu, %2 Cr) alaşımları, düşük değerlerde özellikle yüksek manyetik geçirgenlik m değerleri ile ayırt edilir. Perminvarda (%45 Ni, %30 Fe, %25 Co) m değeri, alan gücündeki geniş bir değişiklik aralığında pratik olarak sabittir. Modern manyetik malzemeler arasında, en yüksek manyetik geçirgenliğe sahip bir alaşım olan süper alaşımdan bahsetmek gerekir (%79 Ni, %15 Fe ve %5 Mo içerir).
Manyetizma teorileri.İlk defa, manyetik olayların sonuçta elektriksel olaylara indirgendiği tahmini, 1825'te Ampere'nin bir mıknatısın her atomunda dolaşan kapalı iç mikro akımlar fikrini ifade etmesiyle ortaya çıktı. Bununla birlikte, maddede bu tür akımların varlığına dair herhangi bir deneysel onay olmadan (elektron, J. Thomson tarafından yalnızca 1897'de keşfedildi ve atomun yapısının açıklaması 1913'te Rutherford ve Bohr tarafından verildi), bu teori "soldu" .” 1852'de W. Weber her atomun manyetik madde küçük bir mıknatıs veya manyetik dipoldür, böylece bir maddenin tam mıknatıslanması, tüm bireysel atomik mıknatıslar aynı hizada olduğunda elde edilir. belli bir sırayla(Şekil 4, b). Weber, moleküler veya atomik "sürtünmenin", bu temel mıknatısların, termal titreşimlerin rahatsız edici etkisine rağmen düzenlerini korumalarına yardımcı olduğuna inanıyordu. Teorisi, cisimlerin bir mıknatısla temas ettiğinde mıknatıslanmasını ve aynı zamanda çarpma veya ısınma durumunda manyetikliğini kaybetmesini açıklayabildi; son olarak mıknatıslanmış bir iğnenin veya manyetik çubuğun parçalara ayrılması sırasında mıknatısların "yeniden üretilmesi" de açıklandı. Ancak yine de bu teori, ne temel mıknatısların kökenini, ne de doygunluk ve histerezis olaylarını açıklıyordu. Weber'in teorisi, 1890'da atomik sürtünme hipotezini, kalıcı bir mıknatısı oluşturan temel dipollerin düzeninin korunmasına yardımcı olan atomlar arası sınırlayıcı kuvvetler fikriyle değiştiren J. Ewing tarafından geliştirildi.
Bir zamanlar Ampere tarafından önerilen soruna yaklaşım, 1905'te P. Langevin'in paramanyetik malzemelerin davranışını her atoma bir iç telafi edilmemiş elektron akımı atfederek açıklamasıyla ikinci bir hayat kazandı. Langevin'e göre, dış alan olmadığında rastgele yönlenen, ancak uygulandığında düzenli bir yön kazanan küçük mıknatıslar oluşturan bu akımlardır. Bu durumda tam düzene yaklaşım mıknatıslanmanın doygunluğuna karşılık gelir. Buna ek olarak Langevin, bireysel bir atomik mıknatıs için bir kutbun “manyetik yükünün” ve kutuplar arasındaki mesafenin çarpımına eşit olan manyetik moment kavramını ortaya attı. Dolayısıyla paramanyetik malzemelerin zayıf manyetizması, telafi edilmemiş elektron akımlarının yarattığı toplam manyetik momentten kaynaklanmaktadır. 1907'de P. Weiss "etki alanı" kavramını ortaya attı. önemli katkı V modern teori manyetizma. Weiss, alanları küçük atom "kolonileri" olarak hayal etti. manyetik anlar Bazı nedenlerden dolayı tüm atomlar aynı yönelimi korumaya zorlanır, böylece her alan doyuma kadar mıknatıslanır. Bireysel bir alan, 0,01 mm düzeyinde doğrusal boyutlara ve buna göre 10-6 mm3 düzeyinde bir hacme sahip olabilir. Alanlar, kalınlığı 1000 atom boyutunu aşmayan Bloch duvarları ile ayrılır. "Duvar" ve iki karşıt yönelimli alan Şekil 2'de şematik olarak gösterilmektedir. 5. Bu tür duvarlar, alan mıknatıslanmasının yönünün değiştiği "geçiş katmanlarını" temsil eder.
İÇİNDE genel durumİlk mıknatıslanma eğrisinde üç bölüm ayırt edilebilir (Şekil 6). İlk bölümde, duvar, bir dış alanın etkisi altında, bir kusurla karşılaşıncaya kadar maddenin kalınlığı boyunca hareket eder. kristal kafes, bu onu durdurur. Alan gücünü artırarak duvarı daha da ilerlemeye zorlayabilirsiniz. orta bölüm kesikli çizgiler arasında. Bundan sonra alan kuvveti tekrar sıfıra düşerse, duvarlar artık eski durumuna dönmeyecektir. başlangıç pozisyonu Böylece numune kısmen mıknatıslanmış kalacaktır. Bu mıknatısın histerezisini açıklar. Eğrinin son bölümünde, son düzensiz alanlar içindeki mıknatıslanmanın sırasına bağlı olarak numunenin mıknatıslanmasının doyması ile süreç sona erer. Bu süreç neredeyse tamamen tersine çevrilebilir. Manyetik sertlik, sahip olan malzemeler tarafından sergilenir. atom kafesi Alanlar arası duvarların hareketini engelleyen birçok kusur içerir. Bu, örneğin toz haline getirilmiş malzemenin sıkıştırılması ve ardından sinterlenmesi gibi mekanik ve termal işlemlerle elde edilebilir. Alniko alaşımlarında ve bunların analoglarında aynı sonuç, metallerin karmaşık bir yapıya kaynaştırılmasıyla elde edilir.
Paramanyetik ve ferromanyetik malzemelerin yanı sıra antiferromanyetik ve ferrimanyetik özelliklere sahip malzemeler de vardır. Bu manyetizma türleri arasındaki fark Şekil 2'de açıklanmaktadır. 7. Alan kavramına dayanarak, paramanyetizma, bireysel dipollerin birbirleriyle çok zayıf bir şekilde etkileşime girdiği (veya hiç etkileşime girmediği) küçük manyetik dipol gruplarının malzemedeki varlığından kaynaklanan bir fenomen olarak düşünülebilir ve bu nedenle , harici bir alanın yokluğunda yalnızca rastgele yönelimleri alın ( Şekil 7, a). Ferromanyetik malzemelerde her etki alanı içerisinde güçlü etkileşim bireysel dipoller arasında sıralı paralel hizalanmalarına yol açar (Şekil 7, b). Antiferromanyetik malzemelerde ise tam tersine, bireysel dipoller arasındaki etkileşim antiparalel sıralanmalarına yol açar, böylece her alanın toplam manyetik momenti sıfır olur (Şekil 7c). Son olarak ferrimanyetik malzemelerde (örneğin ferritler) hem paralel hem de antiparalel sıralama vardır (Şekil 7d), bu da zayıf manyetizma ile sonuçlanır.
İki zorlayıcı var deneysel doğrulama etki alanlarının varlığı. Bunlardan ilki Barkhausen etkisi, ikincisi ise toz figür yöntemidir. 1919'da G. Barkhausen, bir ferromanyetik malzeme örneğine harici bir alan uygulandığında mıknatıslanmasının küçük ayrı kısımlarda değiştiğini tespit etti. Alan teorisi açısından bakıldığında bu, alanlar arası duvarın ani bir ilerlemesinden başka bir şey değildir ve yolda onu geciktiren bireysel kusurlarla karşılaşır. Bu etki genellikle içine ferromanyetik bir çubuk veya telin yerleştirildiği bir bobin kullanılarak tespit edilir. Alternatif olarak numuneye getirip ondan uzaklaştırırsanız güçlü mıknatıs numune mıknatıslanacak ve yeniden mıknatıslanacaktır. Numune değişikliğinin mıknatıslanmasında ani değişiklikler manyetik akı bobin boyunca ve içinde bir endüksiyon akımı uyarılır. Bobinde üretilen voltaj yükseltilir ve bir çift akustik kulaklığın girişine beslenir. Kulaklıklardan duyulan tıklamalar, mıknatıslanmada ani bir değişiklik olduğunu gösterir. Toz şekli yöntemini kullanarak bir mıknatısın alan yapısını ortaya çıkarmak için, mıknatıslanmış bir malzemenin iyi cilalanmış bir yüzeyine bir damla ferromanyetik tozun (genellikle Fe3O4) koloidal süspansiyonundan bir damla uygulanır. Toz parçacıkları esas olarak manyetik alanın maksimum homojen olmadığı yerlere - alanların sınırlarına yerleşir. Bu yapı mikroskop altında incelenebilir. Polarize ışığın şeffaf bir ferromanyetik malzemeden geçişine dayanan bir yöntem de önerilmiştir. Weiss'in orijinal manyetizma teorisi, ana özellikleriyle bugüne kadar önemini korudu, ancak atomik manyetizmayı belirleyen bir faktör olarak telafi edilmemiş elektron dönüşleri fikrine dayanan güncellenmiş bir yorum aldı. Elektronun kendi momentumunun varlığına ilişkin hipotez, 1926'da S. Goudsmit ve J. Uhlenbeck tarafından ortaya atıldı ve günümüzde, "temel mıknatıslar" olarak kabul edilenler, spin taşıyıcıları olan elektronlardır. Bu kavramı açıklamak için, tipik bir ferromanyetik malzeme olan serbest demir atomunu (Şekil 8) düşünün. Çekirdeğe en yakın olan iki kabuğu (K ve L) elektronlarla doludur; birincisi iki, ikincisi sekiz elektron içerir. K kabuğunda elektronlardan birinin spini pozitif, diğerinin negatiftir. L kabuğunda (daha kesin olarak iki alt kabuğunda), sekiz elektrondan dördü pozitif spinlere, diğer dördü ise negatif spinlere sahiptir. Her iki durumda da, bir kabuk içindeki elektronların dönüşleri tamamen telafi edilir, böylece toplam manyetik moment sıfır olur. M kabuğunda durum farklıdır, çünkü üçüncü alt kabukta bulunan altı elektrondan beşi bir yönde spinlere sahiptir ve yalnızca altıncısı diğer yöndedir. Sonuç olarak, demir atomunun manyetik özelliklerini belirleyen dört telafi edilmemiş spin kalır. (Dış N kabuğunda demir atomunun manyetizmasına katkıda bulunmayan yalnızca iki değerlik elektronu vardır.) Nikel ve kobalt gibi diğer ferromıknatısların manyetizması da benzer şekilde açıklanmaktadır. Bir demir numunesindeki komşu atomlar birbirleriyle güçlü bir şekilde etkileşime girdiğinden ve elektronları kısmen kollektif olduğundan, bu açıklama yalnızca gerçek durumun görsel fakat çok basitleştirilmiş bir diyagramı olarak değerlendirilmelidir.
Elektron dönüşünü dikkate alan atomik manyetizma teorisi, biri A. Einstein ve W. de Haas, diğeri S. Barnett tarafından gerçekleştirilen iki ilginç jiromanyetik deneyle desteklenmektedir. Bu deneylerin ilkinde, ferromanyetik malzemeden bir silindir Şekil 2'de gösterildiği gibi askıya alındı. 9. Sargı telinden akım geçtiğinde silindir kendi ekseni etrafında döner. Akımın (ve dolayısıyla manyetik alanın) yönü değiştiğinde, ters yön. Her iki durumda da silindirin dönüşü elektron dönüşlerinin düzenine bağlıdır. Barnett'in deneyinde ise tam tersine, keskin bir şekilde dönme durumuna getirilen asılı bir silindir, manyetik alanın yokluğunda mıknatıslanır. Bu etki, mıknatıs döndüğünde, dönme momentlerini kendi dönme ekseni yönünde döndürme eğiliminde olan bir jiroskopik momentin yaratılmasıyla açıklanmaktadır.
Komşu atomik mıknatısları düzenleyen ve termal hareketin düzensiz etkisini ortadan kaldıran kısa menzilli kuvvetlerin doğası ve kökeni hakkında daha kapsamlı bir açıklama için şu adrese başvurulmalıdır: kuantum mekaniği. Bu kuvvetlerin doğasına ilişkin kuantum mekaniksel bir açıklama, 1928'de komşu atomlar arasındaki değişim etkileşimlerinin varlığını öne süren W. Heisenberg tarafından önerildi. Daha sonra G. Bethe ve J. Slater, atomlar arasındaki mesafe azaldıkça değişim kuvvetlerinin önemli ölçüde arttığını, ancak belirli bir minimum atomlar arası mesafeye ulaşıldığında bunların sıfıra düştüğünü gösterdi.
MADDENİN MANYETİK ÖZELLİKLERİ
Maddenin manyetik özelliklerine ilişkin ilk kapsamlı ve sistematik çalışmalardan biri P. Curie tarafından yapılmıştır. Manyetik özelliklerine göre tüm maddelerin üç sınıfa ayrılabileceğini tespit etti. İlk kategori, belirgin manyetik özelliklere sahip maddeleri içerir; benzer özellikler bezi. Bu tür maddelere ferromanyetik denir; manyetik alanları önemli mesafelerden farkedilebilir (yukarıya bakın). İkinci sınıf paramanyetik adı verilen maddeleri içerir; Manyetik özellikleri genellikle ferromanyetik malzemelerinkine benzer, ancak çok daha zayıftır. Örneğin, güçlü bir elektromıknatısın kutuplarına olan çekim kuvveti, bir demir çekici elinizden koparabilir ve paramanyetik bir maddenin aynı mıknatısa olan çekimini tespit etmek için genellikle çok hassas analitik dengelere ihtiyacınız vardır. Son üçüncü sınıf, diyamanyetik maddeler olarak adlandırılan maddeleri içerir. Bir elektromıknatıs tarafından itilirler, yani. diyamanyetik malzemelere etki eden kuvvet, ferro ve paramanyetik malzemelere etki eden kuvvetin tersi yöndedir.
Manyetik özelliklerin ölçümü. Manyetik özellikleri incelerken iki tür ölçüm çok önemlidir. Bunlardan ilki, bir mıknatısın yakınındaki numuneye etki eden kuvvetin ölçülmesi; Numunenin mıknatıslanması bu şekilde belirlenir. İkincisi, maddenin mıknatıslanmasıyla ilişkili “rezonans” frekanslarının ölçümlerini içerir. Atomlar, manyetik bir alandaki küçük "jirolar" ve devinimlerdir (torkun etkisi altındaki normal bir tepe gibi, zorla yaratıldışiddet) ölçülebilen bir sıklığa sahiptir. Ek olarak, bir iletkendeki elektron akımı gibi, manyetik indüksiyon çizgilerine dik açıyla hareket eden serbest yüklü parçacıklara da bir kuvvet etki eder. Parçacığın, yarıçapı R = mv/eB ile verilen dairesel bir yörüngede hareket etmesine neden olur; burada m parçacığın kütlesi, v hızı, e yükü ve B manyetik indüksiyonudur. alan. Bunun sıklığı dairesel hareket eşit
f hertz cinsinden ölçülür, e - coulomb cinsinden, m - kilogram cinsinden, B - tesla cinsinden ölçülür. Bu frekans, manyetik alanda bulunan bir maddedeki yüklü parçacıkların hareketini karakterize eder. Her iki hareket türü de (dairesel yörüngelerdeki devinim ve hareket), değişen alanlar tarafından uyarılabilir. rezonans frekansları, bu malzemenin "doğal" frekans karakteristiğine eşittir. İlk durumda, rezonansa manyetik denir ve ikincisinde siklotron (döngüsel hareketle benzerliğinden dolayı) atom altı parçacık bir siklotronda). Atomların manyetik özelliklerinden bahsederken açısal momentumlarına özellikle dikkat etmek gerekir. Manyetik alan, dönen atom dipolüne etki eder, onu döndürme ve alana paralel yerleştirme eğilimi gösterir. Bunun yerine atom, dipol momentine ve uygulanan alanın gücüne bağlı bir frekansla alanın yönü (Şekil 10) etrafında ilerlemeye başlar.
Atomik devinim doğrudan gözlemlenemez çünkü bir numunedeki tüm atomlar farklı bir fazda devinir. Sabit düzen alanına dik olarak yönlendirilmiş küçük bir alternatif alan uygularsak, devinim yapan atomlar arasında belirli bir faz ilişkisi kurulur ve bunların toplam manyetik momenti, bireysel manyetik momentlerin devinim frekansına eşit bir frekansla devinmeye başlar. Önemli sahip olmak açısal hız devinim. Tipik olarak bu değer, elektronlarla ilişkili mıknatıslanma için 1010 Hz/T düzeyindedir ve atom çekirdeğindeki pozitif yüklerle ilişkili mıknatıslanma için 107 Hz/T düzeyindedir. Nükleer izleme kurulumunun şematik diyagramı manyetik rezonans(NMR) Şekil 2'de gösterilmektedir. 11. Üzerinde çalışılan madde kutuplar arasındaki tekdüze sabit bir alana sokulur. Daha sonra test tüpünü çevreleyen küçük bir bobin kullanılarak bir radyofrekans alanı uyarılırsa, numunedeki tüm nükleer "jiroların" devinim frekansına eşit belirli bir frekansta bir rezonans elde edilebilir. Ölçümler, bir radyo alıcısının belirli bir istasyonun frekansına ayarlanmasına benzer.
Manyetik rezonans yöntemleri yalnızca belirli atomların ve çekirdeklerin manyetik özelliklerini değil aynı zamanda çevrelerinin özelliklerini de incelemeyi mümkün kılar. Gerçek şu ki, manyetik alanlar katılar ah ve moleküller homojen değildir çünkü çarpıktırlar atom yükleri ve deneysel rezonans eğrisinin gidişatının ayrıntıları belirlenir yerel alan presesyon çekirdeğinin bulunduğu bölgede. Bu, belirli bir numunenin yapısal özelliklerini rezonans yöntemlerini kullanarak incelemeyi mümkün kılar.
Manyetik özelliklerin hesaplanması. Dünya alanının manyetik indüksiyonu 0,5*10-4 Tesla iken, güçlü bir elektromıknatısın kutupları arasındaki alan yaklaşık 2 Tesla veya daha fazladır. Herhangi bir akım konfigürasyonu tarafından oluşturulan manyetik alan, bir akım elemanı tarafından oluşturulan alanın manyetik indüksiyonu için Biot-Savart-Laplace formülü kullanılarak hesaplanabilir. Konturların oluşturduğu alanın hesaplanması farklı şekiller ve silindirik bobinler çoğu durumda çok karmaşıktır. Serinin formülleri aşağıdadır basit vakalar. I (amper) akımına sahip uzun düz bir telin, telden r (metre) uzaklıkta oluşturduğu alanın manyetik indüksiyonu (tesla cinsinden):
I akımına sahip R yarıçaplı dairesel bir bobinin merkezindeki indüksiyon eşittir (aynı birimlerde):
Demir çekirdeği olmayan, sıkı bir şekilde sarılmış tel bobinine solenoid denir. N dönüş sayısına sahip uzun bir solenoidin, uçlarından yeterince uzak bir noktada oluşturduğu manyetik indüksiyon şuna eşittir:
Burada NI/L değeri, solenoidin birim uzunluğu başına amper (amper-dönüş) sayısıdır. Her durumda akımın manyetik alanı bu akıma dik olarak yönlendirilir ve manyetik alanda akıma etki eden kuvvet hem akıma hem de manyetik alana diktir. Mıknatıslanmış bir demir çubuğun alanı dış alana benzer uzun solenoidçubuk içindeki akımlar karşılıklı olarak dengelendiğinden, mıknatıslanmış çubuğun yüzeyindeki atomlardaki akıma karşılık gelen birim uzunluk başına amper dönüş sayısı ile (Şekil 12). Amper ismiyle böyle bir yüzey akımına Amper adı verilmektedir. Amper akımının yarattığı manyetik alan kuvveti Ha, M çubuğunun birim hacmi başına manyetik momentine eşittir.
Solenoide bir demir çubuk sokulursa, solenoid akımının bir manyetik alan H oluşturmasına ek olarak, çubuğun mıknatıslanmış malzemesindeki atomik dipollerin düzeni mıknatıslanma M'yi yaratır. Bu durumda, toplam manyetik akı gerçek ve Amper akımların toplamı ile belirlenir, böylece B = m0(H + Ha) veya B = m0(H + M). M/H oranına manyetik duyarlılık denir ve Yunanca c harfiyle gösterilir; c, bir malzemenin manyetik alanda mıknatıslanma yeteneğini karakterize eden boyutsuz bir miktardır.
Manyetik özellikleri karakterize eden B/H değeri
malzemeye manyetik geçirgenlik denir ve ma ile gösterilir, ma = m0m, burada ma mutlaktır ve m ise bağıl geçirgenlik, m = 1 + c. Ferromanyetik maddelerde c'nin değeri çok büyük değerlere sahip olabilir - 10 4-10 6'ya kadar. Paramanyetik malzemeler için c'nin değeri sıfırdan biraz daha büyüktür ve diyamanyetik malzemeler için biraz daha azdır. Yalnızca boşlukta ve çok zayıf alanlarda c ve m miktarları sabittir ve dış alandan bağımsızdır. B indüksiyonunun H'ye bağımlılığı genellikle doğrusal değildir ve grafiklerine sözde denir. mıknatıslanma eğrileri, farklı malzemeler ve farklı sıcaklıklarda bile önemli ölçüde farklılık gösterebilir (bu tür eğrilerin örnekleri Şekil 2 ve 3'te gösterilmektedir). Maddenin manyetik özellikleri çok karmaşıktır ve bunların derinlemesine anlaşılması, atomların yapısının, moleküller içindeki etkileşimlerinin, gazlardaki çarpışmalarının ve katı ve sıvılardaki karşılıklı etkilerinin dikkatli bir analizini gerektirir; Sıvıların manyetik özellikleri hala en az araştırılan konudur. - H? 0,5 = 1,0 ME gücüne sahip alanlar (sınır isteğe bağlıdır). S.m.p.'nin düşük değeri maks. sabit alanın değeri = 500 kOe, sürüye modern yollarla erişilebilir. ekipman, üst alan 1 ME, kısa bir süre için bile olsa. üzerindeki etkisi... ...
Fiziksel ansiklopedi Katıların yapısını ve özelliklerini inceleyen fizik dalıdır. Mikroyapıya ilişkin bilimsel veriler katılar ve bunları oluşturan atomların fiziksel ve kimyasal özellikleri, yeni malzemelerin ve teknik cihazların geliştirilmesi için gereklidir. Fizik... ...
Collier Ansiklopedisi Hakkında bilgiyi kapsayan fizik dalı statik elektrik , elektrik akımları ve manyetik olaylar ve bunları oluşturan atomların fiziksel ve kimyasal özellikleri, yeni malzemelerin ve teknik cihazların geliştirilmesi için gereklidir. Fizik... ...
. ELEKTROSTATİK Elektrostatik, hareketsiz durumdaki elektrik yükleriyle ilgili olgularla ilgilenir. Arasında etki eden kuvvetlerin varlığı... ... - (eski Yunan fizik doğasından). Eskiler fiziğe çevredeki dünya ve doğal olaylarla ilgili herhangi bir çalışma adını verdiler. Fizik kavramına ilişkin bu anlayış 17. yüzyılın sonlarına kadar devam etti. Daha sonra bir sayı ortaya çıktıözel disiplinler ve bunları oluşturan atomların fiziksel ve kimyasal özellikleri, yeni malzemelerin ve teknik cihazların geliştirilmesi için gereklidir. Fizik... ...
: özellikleri inceleyen kimya... ... Atomlar ve atom çekirdeği ile ilgili olarak moment terimi şu anlama gelebilir: 1) dönüş momenti veya dönüş, 2) manyetik dipol momenti, 3) elektrik dört kutuplu momenti, 4) diğer elektrik ve manyetik momentler.… … ve bunları oluşturan atomların fiziksel ve kimyasal özellikleri, yeni malzemelerin ve teknik cihazların geliştirilmesi için gereklidir. Fizik... ...
Çeşitli türler Ferromanyetizmanın elektriksel analogu. Tıpkı manyetik alana yerleştirilen ferromanyetik maddelerde, elektrik alanına yerleştirilen ferroelektrik dielektriklerde artık manyetik polarizasyon (moment) ortaya çıktığı gibi... ... Collier Ansiklopedisi
İnsanlar mıknatısların iyileştirici özelliklerini eski çağlardan beri biliyorlar. Atalarımız arasında manyetik alanın etkisi fikri yavaş yavaş oluştu ve çok sayıda gözleme dayanıyordu. Manyetik terapinin insanlara neler sağladığına dair ilk açıklamalar, şifacıların kas spazmlarını tedavi etmek için mıknatısları kullandığı 10. yüzyıla kadar uzanıyor. Daha sonra diğer rahatsızlıklardan kurtulmak için kullanılmaya başlandı.
Mıknatısların ve manyetik alanların insan vücudu üzerindeki etkisi
Mıknatıs, insanların yaptığı en eski keşiflerden biri olarak kabul edilir. Doğada şu şekilde bulunur: manyetik demir cevheri. Antik çağlardan beri insanlar mıknatısların özelliklerine ilgi duymuşlardır. Çekme ve itme yaratma yeteneği, en eski uygarlıkları bile bu yola başvurmaya zorlamıştır. kaynak özel ilgi eşsiz bir doğal yaratım olarak. Gezegenimizin nüfusunun bir manyetik alan içerisinde var olduğu ve bundan etkilendiği gerçeğinin yanı sıra Dünya'nın kendisinin de dev bir mıknatıs olduğu uzun zamandır bilinmektedir. Pek çok uzman, Dünya'nın manyetik alanının yalnızca faydalı etki Gezegendeki tüm canlıların sağlığı konusunda başkalarının farklı bir görüşü var. Tarihe dönelim ve manyetik alanın etkisi fikrinin nasıl oluştuğunu görelim.
Manyetizma, adını, demiri çekmek için benzersiz özelliklere sahip bir taş olan manyetik demir cevheri yataklarının ilk keşfedildiği modern Türkiye topraklarında bulunan Magnesiina-Meandre şehrinden almıştır.
Çağımızdan önce bile insanlar bir mıknatısın ve manyetik alanın eşsiz enerjisi hakkında bir fikre sahipti: Mıknatısların insan sağlığını iyileştirmek için bir şekilde kullanılmadığı tek bir medeniyet yoktu.
İlk öğelerden biri pratik uygulama Mıknatıs pusulaya dönüştü. Bir ipin üzerine asılan veya su içindeki bir tapaya tutturulan basit, dikdörtgen bir manyetik demir parçasının özellikleri ortaya çıkarıldı. Bu deney sırasında, böyle bir nesnenin her zaman özel bir şekilde yerleştirildiği ortaya çıktı: bir ucu kuzeyi, diğeri güneyi işaret ediyor. Pusula M.Ö. 1000 yıllarında Çin'de icat edildi. e. ve Avrupa'da yalnızca 12. yüzyıldan itibaren tanındı. Bu kadar basit ama aynı zamanda benzersiz bir manyetik navigasyon cihazı olmasaydı, harika bir şey olmazdı. coğrafi keşifler XV-XVII yüzyıllar.
Hindistan'da doğmamış çocuğun cinsiyetinin, gebe kalma sırasında eşlerin başlarının konumuna bağlı olduğuna dair bir inanış vardı. Başlar kuzeydeyse bir kız doğacak, güneyde ise bir erkek çocuk doğacak.
Mıknatısların insanlar üzerindeki etkisini bilen Tibet rahipleri, konsantrasyonu artırmak ve öğrenme yeteneğini artırmak için başa mıknatıs uyguladılar.
Antik Hindistan ve Arap ülkelerinde mıknatıs kullanımına ilişkin belgelenmiş başka birçok kanıt vardır.
Manyetik alanların insan vücudu üzerindeki etkisine olan ilgi, bunun keşfinden hemen sonra ortaya çıktı. benzersiz fenomen ve insanlar en çok mıknatısa atfetmeye başladı inanılmaz özellikler. İnce ezilmiş "manyetik taşın" mükemmel bir müshil olduğuna inanılıyordu.
Ayrıca mıknatısın bu gibi özellikleri, su toplama ve deliliği tedavi etme ve çeşitli kanama türlerini durdurma yeteneği olarak tanımlandı. Günümüze kadar ulaşan birçok belge sıklıkla çelişkili tavsiyeler vermektedir. Örneğin bazı şifacılara göre mıknatısın vücut üzerindeki etkisi zehirin etkisiyle kıyaslanabilirken bazılarına göre ise tam tersine panzehir olarak kullanılması gerekir.
Neodim mıknatıs: iyileştirici özellikleri ve insan sağlığı üzerindeki etkileri
İnsanlar üzerindeki en büyük etki neodimyum mıknatıslara atfedilir: NdFeB (neodimyum - demir - bor) kimyasal formülüne sahiptirler.
Bu tür taşların avantajlarından biri, küçük boyutları ve manyetik alana güçlü maruz kalmayı birleştirme yeteneğidir. Örneğin, neodim mıknatıs 200 gauss'luk bir kuvvete sahip olan mıknatıs yaklaşık 1 gram ağırlığındadır ve aynı kuvvete sahip sıradan bir demir mıknatıs 10 gramdır.
Neodimyum mıknatısların başka bir avantajı daha var: oldukça stabildirler ve manyetik özelliklerini yüzlerce yıl boyunca koruyabilirler. Bu tür taşların alan kuvveti 100 yılda yaklaşık %1 oranında azalır.
Her taşın etrafında Gauss cinsinden ölçülen manyetik indüksiyonla karakterize edilen bir manyetik alan vardır. İndüksiyonla manyetik alanın gücünü belirleyebilirsiniz. Çoğu zaman manyetik alanın gücü Tesla cinsinden ölçülür (1 Tesla = 10.000 Gauss).
Neodimyum mıknatısların iyileştirici özellikleri arasında kan dolaşımının iyileştirilmesi, kan basıncının dengelenmesi ve migren oluşumunun önlenmesi yer alır.
Manyetik terapi ne işe yarar ve vücudu nasıl etkiler?
Bir kullanım yöntemi olarak manyetik terapinin tarihçesi iyileştirici özellikler Mıknatısların tıbbi amaçlı kullanımı yaklaşık 2000 yıl önce başlamıştır. Antik Çin'de İmparator Huangdi'nin tıbbi incelemesinde bile manyetik terapiden bahsediliyordu. Antik Çin'de insan sağlığının büyük ölçüde vücuttaki dolaşıma bağlı olduğu genel olarak kabul ediliyordu. iç enerji Qi, iki zıt prensipten oluşur: Yin ve Yang. İç enerji dengesi bozulunca vücudun belirli noktalarına manyetik taşlar uygulanarak tedavi edilebilecek bir hastalık ortaya çıktı.
Manyetik terapiye gelince, Eski Mısır dönemine ait birçok belge korunmuş olup, bu yöntemin insan sağlığını iyileştirmek için kullanıldığına dair doğrudan kanıt sağlamaktadır. O dönemin efsanelerinden biri, başına sürekli manyetik bant taktığı için sahip olduğu Kleopatra'nın doğaüstü güzelliğinden ve sağlığından bahseder.
Antik Roma'da manyetik terapide gerçek bir atılım meydana geldi. Titus Lucretius Cara'nın MÖ 1. yüzyılda yazdığı ünlü "Şeylerin Doğası Üzerine" şiirinde. örneğin şöyle denir: "Aynı zamanda bir tür demirin bir taştan sektiği veya ona çekildiği de olur."
Hem Hipokrat hem de Aristoteles, manyetik cevherin benzersiz tedavi edici özelliklerini tanımladılar ve Romalı doktor, cerrah ve filozof Galen, manyetik nesnelerin ağrıyı hafifletici özelliklerini tanımladı.
10. yüzyılın sonunda İranlı bir bilim adamı, mıknatısın insan vücudu üzerindeki etkisini ayrıntılı olarak anlattı: Manyetoterapinin kas spazmları ve çok sayıda iltihap için kullanılabileceğini garanti etti. Yemek yemek belgesel kanıt Mıknatısların kas gücünü ve kemik gücünü artırmak, eklem ağrısını azaltmak ve genitoüriner fonksiyonu iyileştirmek için kullanımını açıklayan bir kitap.
XV'in sonunda - XVI'nın başı Yüzyıllar boyunca bazı Avrupalı bilim adamları manyetik terapiyi bir bilim olarak ve tıbbi amaçlarla kullanımını incelemeye başladılar. Hatta mahkeme doktoru İngiltere Kraliçesi Artrit hastası olan Elizabeth I, tedavi için mıknatısları kullandı.
1530 yılında, manyetoterapinin nasıl çalıştığını inceleyen ünlü İsviçreli doktor Paracelsus, manyetik alanın etkinliğine dair kanıt içeren birkaç belge yayınladı. Mıknatısı “tüm gizemlerin kralı” olarak tanımladı ve tedavide belirli sonuçlar elde etmek için mıknatısın farklı kutuplarını kullanmaya başladı. Doktor, Çin'in Qi enerjisi kavramı hakkında hiçbir şey bilmese de, benzer şekilde doğal gücün (archaeus) bir kişiye enerji kazandırabileceğine inanıyordu.
Paracelsus, mıknatısın insan sağlığı üzerindeki etkisinin kendisine ek enerji verecek kadar yüksek olduğundan emindi. Ayrıca arkeusların kendi kendini iyileştirme sürecini teşvik etme yeteneğine de dikkat çekti. Ona göre kesinlikle tüm iltihaplar ve çok sayıda hastalık, bir mıknatısla geleneksel tıbbi araçların kullanılmasından çok daha iyi tedavi edilebilir. Paracelsus, epilepsi, kanama ve hazımsızlıkla mücadele etmek için pratikte mıknatısları kullandı.
Manyetik terapi vücudu nasıl etkiler ve neyi tedavi eder?
18. yüzyılın sonlarında mıknatıslar çeşitli hastalıklardan kurtulmak için yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Ünlü Avusturyalı doktor Franz Anton Mesmer, manyetik tedavinin vücudu nasıl etkilediğine dair araştırmalarına devam etti. Önce Viyana'da, daha sonra Paris'te birçok hastalığı mıknatıs yardımıyla oldukça başarılı bir şekilde tedavi etti. Manyetik alanın insan sağlığı üzerindeki etkisi konusuna o kadar dalmıştı ki, daha sonra Batı kültüründe manyetik terapi doktrininin araştırılması ve geliştirilmesinin temeli olarak alınan tezini savundu.
Mesmer, deneyimine dayanarak iki temel sonuca vardı: Birincisi, insan vücudunun, "hayvan manyetizması" adını verdiği bir manyetik alanla çevrelendiğiydi. İnsanlar üzerinde etkili olan eşsiz mıknatısların bu "hayvan manyetizmasının" iletkenleri olduğunu düşünüyordu. İkinci sonuç, gezegenlerin insan vücudu üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğu gerçeğine dayanıyordu.
Büyük besteci Mozart, Mesmer'in tıptaki başarılarından o kadar hayrete düşmüş ve sevinmişti ki, “Cosi fan tutte” (“Herkesin yaptığı budur”) operasında mıknatısın hareketinin bu eşsiz özelliğini seslendirmişti (“Bu bir mıknatıs, Almanya'dan gelen ve Fransa'da meşhur olan Mesmer taşı").
Ayrıca Büyük Britanya'da Kraliyet üyeleri tıp topluluğu Manyetik alanların kullanımı alanında araştırmaların yapıldığı araştırma şirketi, mıknatısların sinir sistemindeki birçok hastalıkla mücadelede etkili bir şekilde kullanılabileceğini keşfetti.
1770'lerin sonlarında Fransız Abbé Lenoble, Kraliyet Tıp Derneği'nin bir toplantısında konuşurken manyetik terapinin sağlayabileceği tedavilerden bahsetti. Manyetizma alanındaki gözlemlerini raporladı ve uygulama yerini dikkate alarak mıknatısların kullanılmasını önerdi. Aynı zamanda manyetik bileziklerin kitlesel yaratımını da başlattı. çeşitli türler iyileşme için bu malzemeden yapılmış takılar. Çalışmalarında diş ağrısı, artrit ve diğer hastalıkların ve aşırı eforun tedavisindeki başarılı sonuçları ayrıntılı olarak inceledi.
Manyetik terapi neden gereklidir ve nasıl faydalıdır?
Amerikan İç Savaşı'ndan (1861-1865) sonra manyetik terapi daha az popüler olmadı. bu yöntem Yaşam koşullarının Avrupa'ya uzak olması nedeniyle tedavi görüyor. Özellikle Ortabatı'da gözle görülür bir gelişme elde etti. Çoğunlukla insanlar en iyisi değil, yeterince yoktu profesyonel doktorlar bu yüzden kendi kendimi tedavi etmek zorunda kaldım. O zamanlar analjezik etkiye sahip çok sayıda farklı manyetik ürün üretilip satılıyordu. Bahsedilen birçok reklam benzersiz özellikler manyetik terapötik ajanlar. Mıknatıslı takılar en çok kadınlar arasında popüler olurken, erkekler ise tabanlık ve kemerleri tercih etti.
19. yüzyılda manyetik terapiye neden ihtiyaç duyulduğu ve birçok hastalığın tedavisinde rolünün ne olduğu birçok makale ve kitapta anlatıldı. Örneğin Fransızların ünlü Salpêtrière hastanesinden gelen bir raporda manyetik alanların artma özelliğine sahip olduğu belirtiliyordu “ elektrik direnci motor sinirlerde" bulunur ve bu nedenle hemipareziye (tek taraflı felç) karşı mücadelede çok faydalıdır.
20. yüzyılda mıknatısların özellikleri hem bilimde (yaratırken) yaygın olarak kullanılmaya başlandı. çeşitli ekipmanlar) ve günlük yaşamda. Kalıcı mıknatıslar ve elektromıknatıslar, akım üreten jeneratörlerde ve onu tüketen elektrik motorlarında bulunur. Birçok Araçlar manyetizmanın gücünü kullandı: bir araba, bir troleybüs, bir dizel lokomotif, bir uçak. Mıknatıslar birçok bilimsel enstrümanın ayrılmaz bir parçasıdır.
Japonya'da mıknatısların sağlık üzerindeki etkileri birçok tartışmaya ve yoğun araştırmaya konu olmuştur. Japonların stresi azaltmak ve vücuda “enerji” yüklemek için kullandıkları manyetik yataklar bu ülkede oldukça popüler hale geldi. Japon uzmanlara göre mıknatıslar aşırı çalışmaya, osteokondroza, migrene ve diğer hastalıklara iyi geliyor.
Batı, Japonya'nın geleneklerini ödünç aldı. Manyetik terapiyi kullanma yöntemleri Avrupalı doktorlar, fizyoterapistler ve sporcular arasında pek çok taraftar buldu. Buna ek olarak, manyetik terapinin faydaları göz önüne alındığında, bu yöntem, fizik tedavi alanında birçok Amerikalı uzmandan, örneğin Oklahoma'dan önde gelen nörolog William Phil Pot'tan destek almıştır. Dr. Phil Pot, vücudu negatif bir manyetik alana maruz bırakmanın uyku hormonu melatonin üretimini uyardığına ve dolayısıyla vücudun daha sakin hale geldiğine inanıyor.
Bazı Amerikalı sporcular, manyetik alanın yaralanmalardan sonra hasar gören omurilik diskleri üzerindeki olumlu etkisinin yanı sıra ağrıda önemli bir azalmaya dikkat çekiyor.
Çeşitli tıbbi deneyler ABD üniversitelerinde yapılan araştırmalar, eklem hastalıklarının ortaya çıkmasının yetersiz kan dolaşımı ve sinir sisteminin bozulması nedeniyle oluştuğunu gösterdi. Hücreler gerekli miktarlarda besin almazsa bu, kronik bir hastalığın gelişmesine yol açabilir.
Manyetik terapi nasıl yardımcı olur: yeni deneyler
Modern tıpta “manyetik terapi nasıl yardımcı olur” sorusunun ilk cevabını 1976 yılında ünlü Japon doktor Nikagawa verdi. “Manyetik alan eksikliği sendromu” kavramını ortaya attı. Bir dizi çalışmadan sonra, bu sendromun aşağıdaki semptomları tanımlandı: genel halsizlik, artan yorgunluk, performansta azalma, uyku bozuklukları, migren, eklemlerde ve omurgada ağrı, sindirim ve kardiyovasküler sistemlerin işleyişinde değişiklikler (hipertansiyon veya hipotansiyon) ), ciltte değişiklikler, jinekolojik fonksiyon bozuklukları. Buna göre manyetik terapinin kullanılması tüm bu koşulların normalleştirilmesini mümkün kılar.
Elbette bu hastalıkların tek nedeni manyetik alanın olmayışı değil ama çoğu Bu süreçlerin etiyolojisi.
Birçok bilim adamı manyetik alanlarla yeni deneyler yapmaya devam etti. Belki de bunlardan en popüler olanı, zayıflamış bir dış manyetik alan veya onun yokluğu ile yapılan bir deneydi. Aynı zamanda böyle bir durumun insan vücudu üzerindeki olumsuz etkisini de kanıtlamak gerekiyordu.
Böyle bir deneyi gerçekleştiren ilk bilim adamlarından biri Kanadalı araştırmacı Ian Crane'di. Manyetik alana sahip özel bir odada bulunan bir dizi organizmaya (bakteri, hayvan, kuş) baktı. Dünya'nın alanından önemli ölçüde daha küçüktü. Bakteriler bu koşullarda üç gün geçirdikten sonra üreme yetenekleri 15 kat azaldı, kuşlarda nöromotor aktivite daha da kötüleşmeye başladı ve farelerde metabolik süreçlerde ciddi değişiklikler görülmeye başlandı. Zayıflamış bir manyetik alan koşullarında kalma süresi daha uzunsa, canlı organizmaların dokularında geri dönüşü olmayan değişiklikler meydana geldi.
Benzer bir deney, Lev Nepomnyashchikh liderliğindeki bir grup Rus bilim adamı tarafından gerçekleştirildi: fareler, Dünya'nın manyetik alanından özel bir ekranla kapatılmış bir odaya yerleştirildi.
Bir gün sonra doku ayrışması yaşamaya başladılar. Yavru hayvanlar kel doğdular ve daha sonra birçok hastalığa yakalandılar.
Günümüzde çok sayıda benzer deney bilinmektedir ve benzer sonuçlar her yerde gözlemlenmektedir: Doğal manyetik alanın azalması veya yokluğu, incelenen tüm organizmaların sağlığının ciddi ve hızlı bir şekilde bozulmasına katkıda bulunmaktadır. Demir ve atmosferik nitrojen içeren volkanik lavlardan doğal olarak oluşan çok sayıda doğal mıknatıs türü de artık aktif olarak kullanılmaktadır. Bu tür mıknatıslar binlerce yıl önce kullanılıyordu.
Mıknatısların kullanılmayacağı bir alan bulmak zordur. Eğitici oyuncaklar, kullanışlı aksesuarlar ve karmaşık endüstriyel ekipmanlar, kullanımları için gerçekten çok sayıda seçeneğin sadece küçük bir kısmıdır. Aynı zamanda çok az kişi mıknatısların nasıl çalıştığını ve çekici güçlerinin sırrının ne olduğunu biliyor. Bu soruları cevaplamak için fiziğin temellerine dalmanız gerekiyor, ancak endişelenmeyin; dalış kısa ve sığ olacaktır. Ancak teoriyi öğrendikten sonra mıknatısın neyden oluştuğunu öğreneceksiniz ve manyetik kuvvetinin doğası sizin için çok daha net hale gelecektir.
Elektron en küçük ve en basit mıknatıstır
Herhangi bir madde atomlardan oluşur ve atomlar da etrafında pozitif ve negatif yüklü parçacıkların (protonlar ve elektronlar) döndüğü bir çekirdekten oluşur. İlgilendiğimiz konu tam olarak elektronlardır. Hareketleri iletkenlerde bir elektrik akımı yaratır. Ayrıca her elektron, manyetik alanın minyatür bir kaynağıdır ve aslında en basit mıknatıstır. Çoğu malzemenin bileşiminde bu parçacıkların hareket yönü kaotiktir. Sonuç olarak yükleri birbirini dengeler. Ve dönüş yönü ne zaman büyük miktar Yörüngelerindeki elektronlar çakışırsa sabit bir manyetik kuvvet ortaya çıkar.
Mıknatıs cihazı
Böylece elektronları ayırdık. Artık mıknatısların yapısı nasıldır sorusunun cevabını bulmaya çok yaklaştık. Bir malzemenin demir kaya parçasını çekebilmesi için yapısındaki elektronların yönlerinin çakışması gerekir. Bu durumda atomlar, alanlar adı verilen düzenli bölgeler oluşturur. Her alanın bir çift kutbu vardır: kuzey ve güney. İçlerinden manyetik kuvvetlerin sabit bir hareket çizgisi geçer. Güney kutbuna girip kuzey kutbundan çıkarlar. Bu düzenleme, kuzey kutbunun her zaman başka bir mıknatısın güney kutbunu çekeceği, benzer kutupların ise iteceği anlamına gelir.
Mıknatıs metalleri nasıl çeker?
Manyetik kuvvet her maddeyi etkilemez. Yalnızca belirli malzemeler çekilebilir: demir, nikel, kobalt ve nadir toprak metalleri. Demir bir kaya parçası doğal bir mıknatıs değildir ancak manyetik bir alana maruz kaldığında yapısı kuzey ve güney kutuplarına göre yeniden düzenlenir. Böylece çelik mıknatıslanabilir ve değişen yapısını uzun süre koruyabilir.
Mıknatıslar nasıl yapılır?
Bir mıknatısın neyden oluştuğunu zaten anladık. Alanların yöneliminin çakıştığı bir malzemedir. Bu özellikleri kayaya kazandırmak için güçlü bir manyetik alan veya elektrik akımı kullanılabilir. İÇİNDE şimdiki an insanlar, çekim gücü kendi ağırlıklarından onlarca kat daha fazla olan ve yüzlerce yıl süren çok güçlü mıknatıslar yapmayı öğrendiler. Neodim alaşımına dayanan nadir toprak süper mıknatıslarından bahsediyoruz. Ağırlığı 2-3 kg olan bu tür ürünler, 300 kg veya daha fazla ağırlığa sahip nesneleri tutabilmektedir. Bir neodimyum mıknatıs nelerden oluşur ve bu kadar şaşırtıcı özelliklere neden olan şey nedir?
Basit çelik, güçlü bir çekim kuvvetine sahip ürünlerin başarılı bir şekilde üretilmesi için uygun değildir. Bu, alanların mümkün olduğu kadar verimli bir şekilde düzenlenmesine ve yeni yapının stabilitesinin korunmasına olanak sağlayacak özel bir bileşim gerektirir. Bir neodim mıknatısın nelerden oluştuğunu anlamak için, endüstriyel tesisler kullanılarak güçlü bir alan tarafından mıknatıslanacak ve sert bir yapı halinde sinterlenecek bir metal neodimyum, demir ve bor tozu hayal edin. Bu malzemeyi korumak için dayanıklı galvanizli bir kabuk ile kaplanmıştır. Bu üretim teknolojisi, çeşitli boyut ve şekillerde ürünler üretmemize olanak sağlar. World of Magnets çevrimiçi mağazasının ürün yelpazesinde iş, eğlence ve günlük yaşam için çok çeşitli manyetik ürünler bulacaksınız.
Bir mıknatısın metal nesneleri kendine çekmesi sihir gibi görünür, ancak gerçekte mıknatısların "sihirli" özellikleri yalnızca elektronik yapılarının özel organizasyonuyla ilişkilidir. Bir atomun yörüngesinde dönen bir elektron manyetik bir alan yarattığından, tüm atomlar küçük mıknatıslardır; ancak çoğu maddede atomların düzensiz manyetik etkileri birbirini iptal eder.
Atomik manyetik alanları, alan adı verilen düzenli bölgelerde düzenlenmiş mıknatıslarda durum farklıdır. Bu tür bölgelerin her birinin kuzey ve güney kutbu vardır. Manyetik alanın yönü ve yoğunluğu kuvvet çizgileri olarak adlandırılan çizgilerle karakterize edilir (şekil gösterilmektedir) yeşil), mıknatısın kuzey kutbundan çıkıp güneye girerler. Kuvvet çizgileri ne kadar yoğun olursa, manyetizma da o kadar yoğun olur. Kuzey Kutbu bir mıknatıs diğerinin güney kutbunu çekerken, iki benzer kutup birbirini iter. Mıknatıslar yalnızca ferromıknatıs adı verilen demir, nikel ve kobalt gibi belirli metalleri çeker. Ferromanyetik malzemeler doğal mıknatıslar olmasa da, atomları bir mıknatısın varlığında ferromanyetik cisimlerin manyetik kutuplar oluşturacağı şekilde kendilerini yeniden düzenler.
Manyetik zincir
Mıknatısın ucunu metal ataşlara dokundurduğunuzda, her ataş için bir kuzey ve güney kutbu oluşturulur. Bu kutuplar mıknatısla aynı yönde yönlendirilmiştir. Her ataş bir mıknatısa dönüştü.
Sayısız küçük mıknatıs
Bazı metaller var kristal yapısı Manyetik alanlar halinde gruplanan atomlardan oluşur. Alanların manyetik kutupları genellikle farklı yönlere (kırmızı oklar) sahiptir ve net bir manyetik etkiye sahip değildir.
Kalıcı bir mıknatısın oluşumu
- Tipik olarak demirin manyetik alanları rastgele yönlendirilir (pembe oklar) ve metalin doğal manyetizması görünmez.
- Eğer bir mıknatısı (pembe çubuk) demire yaklaştırırsanız, demirin manyetik alanları manyetik alan (yeşil çizgiler) boyunca hizalanmaya başlar.
- Demirin manyetik alanlarının çoğu, manyetik alan çizgileri boyunca hızla hizalanır. Sonuç olarak demirin kendisi kalıcı bir mıknatıs haline gelir.
Bir elektromıknatısta manyetik alan bir değişiklikle üretilir. elektrik alanı veya iletkenin hareketinden dolayı DC veya iletken boyunca akış nedeniyle klima. Her durumda, akım kesildiğinde manyetik etki kaybolur. Kalıcı mıknatıs tamamen farklı bir konudur. Burada akıntıdan eser yok. Ama manyetik bir alan var.
Kalıcı bir mıknatısın çalışma prensibinin titiz bir şekilde açıklanması, aparatın katılımı olmadan mümkün değildir. kuantum fiziği. Bunu "parmaklarınızla" açıklarsanız, en yeterli açıklama kulağa gelir aşağıdaki gibi. Her elektronun kendisi bir mıknatıstır ve manyetik bir momente sahiptir - bu onun ayrılmaz fiziksel özelliğidir. Bir maddede elektronların “ait olduğu” atomlar rastgele yönlendirilmişse, elektronların manyetik momentleri birbirini telafi eder ve madde manyetik özellikler göstermez. Herhangi bir nedenle atomlar (en azından bir kısmı) bir yöne yönlendirilirse, elektronların manyetik özellikleri toplanır ve madde bir mıknatıs haline gelir. Güçlü bir mıknatısın, birçok atomun aynı yönde yönlendirildiği bir mıknatıs olduğu ve ne kadar az atom aynı yönde olursa, mıknatısın o kadar zayıf olduğu ortaya çıktı. Sıvıların ve gazların prensipte mıknatıs olamayacağı da açıktır - sonuçta atomlar yönlerini yalnızca katılarda koruyabilirler.
Zamanla mıknatıslar özelliklerini kaybeder, ancak bu dış nedenlerin etkisi altında gerçekleşir: dış manyetik alan, yüksek sıcaklık, mekanik hasar. Mıknatıs, bir cismi çekerken enerjisinin bir kısmını bu çekime harcar ve gücü biraz daha az olur. Ancak bu bedeni mıknatıstan kopardığınızda harcanan enerjiyi tamamen geri verir. Böylece, kalıcı mıknatısın toplam mekanik işi sıfır kalır ve teorik olarak mıknatıs, özelliklerini süresiz olarak uzun süre koruyabilir.
Kalıcı mıknatısların üretimi ve kullanımı
Mıknatısların binlerce yıl önce insanlar tarafından bilinmesine rağmen endüstriyel üretim ancak yirminci yüzyılda mümkün oldu. Üstelik neodimyum alaşımlarına dayanan en güçlü kalıcı mıknatıslar yalnızca geçen yüzyılın 80'lerinde icat edildi. Ve bugün üretilen en ucuz ve en popüler mıknatıslar - örneğin manyetik vinil içeren polimer manyetik malzemeler, ikinci ve üçüncü bin yılın başında geliştirildi.
Birinci pratik kullanım kalıcı mıknatısların tarihi 12. yüzyıla kadar uzanmaktadır ve bu güne kadar ilgilerini kaybetmemiştir. Bu, pusulada manyetik bir iğnenin kullanılmasıdır. Manyetik malzemelerin seri üretimine başlamadan önce, mıknatıslar başka hiçbir şey için kullanılmıyordu (onları oyuncak olarak kullanmak veya "şifalı" muska sayılmaz).
Modern teknolojide kalıcı mıknatıslar her yerde kullanılmaktadır. Manyetik depolama ortamlarını (bilgisayarınızdaki disk sürücülerinden plastik kartınızdaki manyetik şeride kadar), mikrofonları ve hoparlörleri (masanızdaki ses hoparlörlerinde ve cep telefonunuzdaki kalıcı mıknatıslar bulunur), elektrik motorlarını listelemek yeterlidir. ve jeneratörlerde (her tür elektrik motoru kalıcı mıknatıs kullanmaz, ancak örneğin bilgisayarınızdaki fanlarda mutlaka bulunur), çok sayıda elektronik sensörde (örneğin, bu tip sensörlerin mıknatıslanmayı önlediğini hiç düşündünüz mü?) Asansörün kapılar açıkken hareket etmeye başlaması) ve diğer birçok cihazda. Mıknatısların bazı uygulama türleri giderek geçerliliğini yitirmektedir: örneğin, yakın zamana kadar TV'lerin ve monitörlerin %100'ünün üretildiği katot ışın tüpleri artık geçerli değildir; Manyetik depolama ortamları yavaş yavaş sahneden kayboluyor. Ancak genel olarak kalıcı mıknatısların üretimi ve kullanımı her yıl artmaktadır.