Sớm hay muộn, mọi phụ nữ đều có mong muốn xây dựng tổ ấm của riêng mình, trang trí nó bằng các phụ kiện phong cách và tiện dụng cũng như sử dụng các giải pháp trang trí được thiết kế riêng.
Đôi khi chúng ta thậm chí không biết làm cách nào khác để sử dụng những thứ thú vị, mục đích của việc đó dường như rất rõ ràng. Ví dụ, bạn có biết rằng bí ngô khô có thể được đánh vecni và nó sẽ phục vụ bạn trong một thời gian dài như một chiếc bình cho bó hoa văn phòng hoặc hiện trường của bạn? Và ngay từ khi con bạn lớn lên, bạn không nên giấu sơn màu nước trong ngăn kéo xa vì chúng có thể dễ dàng trang trí gương trong phòng tắm.
Hôm nay chúng ta sẽ nói về những món đồ trang trí dễ thương và hữu ích như nam châm. Chúng tôi mang theo nhiều thứ trong số đó từ những chuyến du lịch của mình, cố gắng lưu giữ một phần ký ức về địa điểm yêu thích của chúng tôi. Những đồ trang sức theo chủ đề khác có thể được người thân hoặc bạn bè tặng cho chúng ta, và những đồ trang sức khác vẫn được thừa kế từ bà của chúng ta từ thời xa xưa. Hóa ra những “người bạn” nội thất nhỏ này có tới 10 cách sử dụng khác nhau mà chúng ta sẽ làm quen.
1. Yếu tố trang trí. Trong hầu hết các trường hợp, các thiết bị gia dụng như tủ lạnh hoặc máy giặt đều được trang trí bằng nam châm. Đôi khi bạn thậm chí có thể trang trí một bức tường Thụy Điển bằng nam châm chữ cái. Điều chính là ít nhất phải duy trì một số phong cách. Một ngày nọ, tôi đến thăm một người bạn và thấy cô ấy có rất nhiều nam châm treo khắp tủ lạnh. Bên cạnh những chiếc bánh sandwich tạm thời, bạn có thể thấy thân hình trần trụi của một cô gái, ở bên cạnh có một số nam châm từ Ai Cập (nơi họ thực sự ở đó), và sau đó là hàng tá thứ từ các quốc gia khác - Việt Nam, Tbilisi, Gurzuf, Lvov, London và người khác. Mọi thứ sẽ ổn thôi, nhưng khi, giữa sự hỗn loạn này, tôi nhìn thấy một vài nam châm chữ từ sữa chua Rastishki, được bao quanh bởi những nam châm hình vũ khí, tôi ngạc nhiên vô cùng! Nếu bạn nghĩ rằng mọi người không chú ý đến những thứ nhỏ nhặt như nam châm khi đến thăm bạn, thì bạn đã nhầm và có nguy cơ mãi mãi bị gắn mác là một gia đình “lầy lội” khoe khoang “những chuyến đi và thành tích” của họ.
2. Hình ảnh trên một nam châm.Ít người biết rằng ngành công nghiệp in ấn hiện đại đã phát minh ra một cải tiến khác - ảnh cá nhân trên một nam châm phẳng. Niềm vui này có thể được chuẩn bị ngay lập tức, theo đúng nghĩa đen trong vài giờ và sẽ tốn rất ít chi phí. Bạn không chỉ tìm ra một cách khác để lưu giữ kỷ niệm mà độ hao mòn của một bức ảnh in trên chất liệu dày đặc như vậy cũng ít hơn nhiều. Những bức ảnh trên nam châm có thể chỉ cần cất vào tủ để cất giữ cẩn thận hoặc bạn có thể sử dụng chúng như một vật trang trí - chẳng hạn như cây gia phả trên giá sắt.
3. “Giá đỡ” tiện lợi để ghi chú cũng như cố định. Có rất ít gia đình không biết đến công dụng này của nam châm. Ngay cả ở trường của con trai tôi, trên các bảng và giá đỡ hiện đại, giáo viên cũng đính kèm tài liệu trực quan, bảng biểu và tranh ảnh mà không phải vẽ lại bằng tay như trước đây. Trong gia đình chúng tôi, nam châm là bộ phận không thể thiếu của tủ lạnh, bởi vì mọi công việc hàng ngày, số điện thoại hoạt động, ngày tháng đáng nhớ và thói quen hàng ngày đều được ghi lại bởi những thuộc tính nhỏ này.
Về việc cố định, ông tôi thường sử dụng nam châm để keo bám dính tốt hơn khi cố định những vết vỡ hoặc vết sẹo trên đồ vật. Anh ta chỉ cần đặt bộ phận đó vào giữa hai nam châm và việc dán sẽ nhanh hơn không lâu nữa.
Mẹ đã tìm ra một cách sử dụng khác cho đặc tính cố định của nam châm trong gia đình - mẹ mua một dải từ tính dài rất đẹp và gắn bất kỳ dụng cụ nhà bếp nào (bao gồm cả chảo rán và nồi) vào đó. Những dải như vậy có thể được sử dụng làm giá đỡ dao; một nam châm nhỏ thậm chí có thể được khâu vào vải (giá treo nồi, khăn tắm) để có thể đặt nó ở vị trí thuận tiện (thậm chí được gắn vào lò nướng).
4. Giải trí cho trẻ em và người lớn. Nhiều câu đố, tác phẩm điêu khắc hấp dẫn và các thiết bị thư giãn trong văn phòng của nhà tâm lý học từ lâu đã được tạo ra bằng nam châm. Trẻ nhỏ đặc biệt thích thú với những đồ vật lơ lửng trong không khí, cũng như các khối từ tính, quả bóng, đĩa và những thứ ngộ nghĩnh khác. Bạn cũng có thể sử dụng nam châm để tạo bảng “tăng trưởng” cho bé - chỉ cần sử dụng một nam châm ngộ nghĩnh để đánh dấu mức độ phát triển của con bạn trong một khoảng thời gian nhất định.
5. Lọc dầu ô tô. Chúng ta đang nói về hộp số và bộ nạp dầu động cơ. Chức năng nam châm này đã được anh trai tôi, một thợ sửa xe, chứng minh cho tôi thấy và chồng tôi rất thích nó. Nam châm nhỏ gọn nằm chắc chắn trên nút xả động cơ ô tô của bạn và tất cả các bộ phận bị mòn sẽ dính vào chúng. Nam châm mạnh sẽ chỉ bắt những hạt mài mòn vật liệu của các bộ phận và thu thập chúng trên bề mặt của chúng, từ đó có thể dễ dàng loại bỏ tất cả các chất gây ô nhiễm.
6. Tìm kiếm đồ vật. Nếu con bạn đã xem đủ phim Mỹ và muốn tìm lại những chiếc nhẫn vàng bị thất lạc ở khu nghỉ dưỡng, đừng làm phiền bé. Có lần tôi mua một chiếc máy dò kim loại cho con trai tôi khi nó thể hiện kỹ năng của một nhà nghiên cứu khảo cổ học. Hãy tưởng tượng sự ngạc nhiên của tôi khi niềm vui của con trai tôi bắt đầu tạo ra thu nhập. Trong suốt hai tuần nghỉ dưỡng, con trai tôi đã mang theo 2 chiếc nhẫn vàng, một mặt dây chuyền và một chiếc bông tai bạc để xỏ khuyên, chỉ bằng cách chạy một sợi dây có nam châm vòng dọc bãi biển. Chồng tôi thích ý tưởng này, nhưng anh ấy sử dụng nó để sửa chữa, vì với sự trợ giúp của “đầu dò” từ tính, bạn có thể nhanh chóng tìm ra vị trí của ốc vít, đinh và phụ kiện trên tường.
Điều thú vị là có những nam châm được bày bán có thể nâng các vật thể thậm chí từ đáy biển nặng tới 300 kg. Ảo tưởng về kho báu cướp biển dưới nước ngay lập tức diễn ra... Nếu như?!
7. Sửa chữa nhạc cụ. Con gái của bạn tôi đã theo học trường âm nhạc từ lâu, chuyên ngành nhạc cụ gió, còn mẹ cô ấy thì đang loay hoay tìm cách nhanh chóng loại bỏ những vết lõm đặc trưng trên kèn saxophone và kèn của con mình. Không thể tiếp cận chúng thông qua một ống cong mỏng và việc tìm được chuyên gia sửa chữa phù hợp không phải là điều dễ dàng (và đó không phải là một thú vui rẻ tiền). Và thế là cô đọc được thông tin ở đâu đó rằng nam châm có thể giúp ích trong vấn đề khó khăn này. Chúng tôi lấy một quả bóng sắt (tốt nhất là làm bằng thép), phù hợp với đường kính của ống và dẫn nó với sự trợ giúp của nam châm bên ngoài đến vị trí vết lõm. Sau đó, chỉ cần chạy nam châm dọc theo chu vi của vết lõm; quả bóng từ bên trong sẽ bị nam châm hút mạnh, làm phẳng bề mặt một cách hoàn hảo. Việc sửa chữa như vậy sẽ khiến bạn tốn rất ít chi phí và chỉ trong vài phút!
8. Gắn trâm cài sắt hoặc huy hiệu mà không để lại dấu vết trên quần áo. Tôi đã phát hiện ra một phương pháp thú vị như vậy từ một trong những nhân viên của chúng tôi. Cô thường xuyên mặc những chiếc áo lụa, sa-tanh và voan thanh lịch, với bảng tên là yếu tố bắt buộc trong quy định về trang phục. Cô gái nảy ra ý tưởng gắn một nam châm mini vào phía sau quần áo và chỉ cần đặt một chiếc ghim huy hiệu hoặc trâm cài sắt ở mặt trước. Điều đáng ngạc nhiên là tấm biển được giữ chắc chắn và ngay cả bộ quần áo mỏng nhất cũng không để lại dấu vết.
9. Yếu tố trang trí. Nhiều cô gái đã nghe nói về cái gọi là vòng tay từ tính, được làm từ quả bóng, hình khối và các hình dạng hình học khác. Những đồ trang sức như vậy được lắp ráp rất nhanh chóng; bạn có thể làm cho nó trở nên riêng biệt bằng cách thêm một số mặt dây chuyền theo chủ đề hoặc huy hiệu tên vào bộ phận cơ sở của bạn. Bạn cũng có thể thay thế các bộ phận từ tính bằng các chi tiết trang trí khác - miếng da, sequin, lông thú, vải, v.v. Ngoài ra, đồ trang sức làm từ nam châm được coi là có lợi cho cơ thể!
Tôi từng xem một chương trình trong đó một cô gái thực sự muốn có một chiếc khuyên thời trang để đi dự tiệc, nhưng bố mẹ cô ấy không cho phép. Bản thân cô gái nhanh trí cũng không muốn “đục lỗ” vào cơ thể, cô chỉ đơn giản gắn một cục nam châm nhỏ vào một bên dái tai, đồng thời gắn thêm 3 hình tam giác màu bạc vào bên kia. Kiểu trang trí này có thể được thực hiện một cách dễ dàng, hợp vệ sinh, nhanh chóng và chỉ dành cho những ngày bạn muốn mặc một “mẫu” như vậy.
10. Đẩy nhanh quá trình lên men của dịch truyền tự chế. Cuối cùng, tôi sẽ kể cho bạn nghe về cách tuyệt vời mà bạn tôi chuẩn bị rượu mùi và rượu vang tại ngôi nhà nông thôn của anh ấy. Anh ấy nói rằng bằng cách đặt một số nam châm dưới đáy chai, anh ấy sẽ tạo ra một trường mạnh, lý tưởng để lên men bất kỳ loại rượu mạnh nào. Một người bạn khẳng định rằng quá trình chín diễn ra nhanh hơn nhiều lần (theo nghĩa đen trong một tháng) và đồ uống nhận được các đặc tính hương vị và hương thơm giống như những loại rượu thường trưởng thành trong cồn sau một vài năm ủ!
Hôm nay chúng ta đã xem xét một số cách thực sự tuyệt vời để sử dụng nam châm trong cuộc sống hàng ngày. Vì vậy, nếu bạn có một vài nam châm ở nhà, đã đến lúc mang lại sức sống thứ hai cho chúng bằng cách sử dụng chúng đúng mục đích đã định.
Nam châm chủ yếu được sử dụng trong kỹ thuật điện, kỹ thuật vô tuyến, chế tạo thiết bị, tự động hóa và cơ điện từ. Ở đây, vật liệu sắt từ được sử dụng để sản xuất mạch từ, rơle, v.v. .
Máy phát điện và động cơ điện là những máy quay chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện (máy phát điện) hoặc năng lượng điện thành năng lượng cơ học (động cơ). Hoạt động của máy phát điện dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ: một suất điện động (EMF) được sinh ra trong một sợi dây chuyển động trong từ trường. Hoạt động của động cơ điện dựa trên thực tế là một lực tác dụng lên một dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường ngang.
Thiết bị điện từ. Các thiết bị như vậy sử dụng lực tương tác giữa từ trường và dòng điện trong các cuộn dây của bộ phận chuyển động, phần này có xu hướng làm quay phần sau.
Máy đo điện cảm ứng. Đồng hồ đo cảm ứng không gì khác hơn là một động cơ điện xoay chiều công suất thấp có hai cuộn dây - một cuộn dây dòng điện và một cuộn dây điện áp. Một đĩa dẫn điện đặt giữa các cuộn dây sẽ quay dưới tác dụng của một mô men xoắn tỉ lệ với công suất tiêu thụ. Mô-men xoắn này được cân bằng bởi dòng điện do nam châm vĩnh cửu tạo ra trong đĩa, do đó tốc độ quay của đĩa tỷ lệ thuận với mức tiêu thụ điện năng.
Đồng hồ đeo tay điện được cung cấp năng lượng bởi một cục pin thu nhỏ. Chúng yêu cầu ít bộ phận hơn để hoạt động so với đồng hồ cơ; Như vậy, mạch điện của một chiếc đồng hồ cầm tay điện thông thường bao gồm hai nam châm, hai cuộn cảm và một bóng bán dẫn.
Lực kế - một thiết bị cơ hoặc điện để đo lực kéo hoặc mô-men xoắn của máy, máy công cụ hoặc động cơ.
Lực kế phanh có nhiều kiểu dáng khác nhau; ví dụ, chúng bao gồm phanh Prony, phanh thủy lực và điện từ.
Máy đo lực điện từ có thể được chế tạo dưới dạng một thiết bị thu nhỏ phù hợp để đo các đặc tính của động cơ cỡ nhỏ.
Điện kế là một dụng cụ nhạy để đo dòng điện yếu. Điện kế sử dụng mô-men xoắn được tạo ra bởi sự tương tác của nam châm vĩnh cửu hình móng ngựa với một cuộn dây nhỏ mang dòng điện (một nam châm điện yếu) treo trong khe giữa các cực của nam châm. Mô-men xoắn, và do đó độ lệch của cuộn dây, tỷ lệ thuận với dòng điện và tổng cảm ứng từ trong khe hở không khí, do đó thang đo của thiết bị gần như tuyến tính đối với độ lệch nhỏ của cuộn dây. Các thiết bị dựa trên nó là loại thiết bị phổ biến nhất.
Tính chất từ của vật chất được sử dụng rộng rãi trong khoa học và công nghệ như một phương tiện nghiên cứu cấu trúc của các vật thể khác nhau. Đây là cách khoa học ra đời:
Hóa từ là một nhánh của hóa lý nghiên cứu mối quan hệ giữa tính chất từ và tính chất hóa học của các chất; Ngoài ra, từ hóa học nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường đến các quá trình hóa học. Từ hóa học dựa trên vật lý hiện đại của các hiện tượng từ tính. Nghiên cứu mối quan hệ giữa tính chất từ và tính chất hóa học giúp làm rõ đặc điểm cấu trúc hóa học của một chất.
Phát hiện khuyết tật từ tính, một phương pháp tìm kiếm khuyết tật dựa trên nghiên cứu sự biến dạng từ trường xảy ra ở các khuyết tật trong các sản phẩm làm từ vật liệu sắt từ.
Máy gia tốc hạt, một cơ sở trong đó sử dụng điện trường và từ trường, thu được các chùm electron, proton, ion và các hạt tích điện khác có năng lượng vượt quá đáng kể năng lượng nhiệt.
Máy gia tốc hiện đại sử dụng nhiều loại công nghệ khác nhau, bao gồm cả máy gia tốc. nam châm chính xác mạnh mẽ.
Máy gia tốc đóng một vai trò thực tế quan trọng trong điều trị y tế và chẩn đoán. Nhiều bệnh viện trên thế giới hiện có sẵn máy gia tốc tuyến tính điện tử nhỏ để tạo ra bức xạ tia X cường độ cao dùng để điều trị khối u. Ở mức độ thấp hơn, cyclotron hoặc synchrotron tạo ra chùm proton được sử dụng. Ưu điểm của proton so với bức xạ tia X trong liệu pháp điều trị khối u là giải phóng năng lượng cục bộ hơn. Do đó, liệu pháp proton đặc biệt hiệu quả trong điều trị các khối u não và mắt, nơi tổn thương các mô khỏe mạnh xung quanh phải được giảm thiểu nhất có thể.
Đại diện của các ngành khoa học khác nhau tính đến từ trường trong nghiên cứu của họ. Một nhà vật lý đo từ trường của các nguyên tử và hạt cơ bản, một nhà thiên văn học nghiên cứu vai trò của trường vũ trụ trong quá trình hình thành các ngôi sao mới, một nhà địa chất sử dụng những dị thường trong từ trường Trái đất để tìm ra các mỏ quặng từ, và gần đây sinh học đã có cũng tích cực tham gia nghiên cứu và sử dụng nam châm.
Khoa học sinh học nửa đầu thế kỷ 20 đã tự tin mô tả các chức năng quan trọng mà không tính đến sự tồn tại của bất kỳ từ trường nào. Hơn nữa, một số nhà sinh học cho rằng cần phải nhấn mạnh rằng ngay cả một từ trường nhân tạo mạnh cũng không có tác dụng lên các vật thể sinh học.
Các bộ bách khoa toàn thư không nói gì về ảnh hưởng của từ trường lên các quá trình sinh học. Hàng năm, những cân nhắc tích cực riêng biệt về tác dụng sinh học này hay tác dụng sinh học khác của từ trường đều xuất hiện trong các tài liệu khoa học trên khắp thế giới. Tuy nhiên, dòng nước nhỏ giọt yếu ớt này không thể làm tan chảy tảng băng ngờ vực ngay cả trong cách hình thành vấn đề... Và đột nhiên dòng nước nhỏ giọt biến thành dòng nước giông bão. Sự bùng nổ của các ấn phẩm từ sinh học, như thể rơi từ một đỉnh cao nào đó, đã tăng đều đặn kể từ đầu những năm 60 và nhấn chìm những tuyên bố hoài nghi.
Từ các nhà giả kim thế kỷ 16 cho đến ngày nay, tác dụng sinh học của nam châm đã nhiều lần được người ngưỡng mộ và phê bình. Liên tục trong nhiều thế kỷ, đã có sự gia tăng và suy giảm mối quan tâm đến tác dụng chữa bệnh của nam châm. Với sự giúp đỡ của nó, họ đã cố gắng điều trị (và không thành công) các bệnh về thần kinh, đau răng, mất ngủ, đau gan và dạ dày - hàng trăm căn bệnh.
Đối với mục đích y học, nam châm có lẽ bắt đầu được sử dụng sớm hơn để xác định các hướng chính.
Là một phương thuốc chữa bệnh bên ngoài và như một tấm bùa hộ mệnh, nam châm đã đạt được thành công lớn đối với người Trung Quốc, Ấn Độ giáo, Ai Cập, Ả Rập, Hy Lạp, La Mã, v.v. Nhà triết học Aristotle và nhà sử học Pliny đề cập đến đặc tính chữa bệnh của nó trong các tác phẩm của họ.
Vào nửa sau thế kỷ 20, vòng tay từ tính trở nên phổ biến, có tác dụng hữu ích đối với những bệnh nhân bị rối loạn huyết áp (tăng huyết áp và hạ huyết áp).
Ngoài nam châm vĩnh cửu, nam châm điện cũng được sử dụng. Chúng còn được sử dụng cho rất nhiều vấn đề trong khoa học, công nghệ, điện tử, y học (bệnh thần kinh, bệnh mạch máu ở tứ chi, bệnh tim mạch, ung thư).
Hơn hết, các nhà khoa học có xu hướng cho rằng từ trường làm tăng sức đề kháng của cơ thể.
Có máy đo vận tốc máu điện từ, những viên nang thu nhỏ, sử dụng từ trường bên ngoài, có thể di chuyển qua các mạch máu để mở rộng chúng, lấy mẫu ở một số phần của đường dẫn hoặc ngược lại, loại bỏ cục bộ các loại thuốc khác nhau khỏi viên nang.
Một phương pháp từ tính để loại bỏ các hạt kim loại khỏi mắt được sử dụng rộng rãi.
Hầu hết chúng ta đều quen thuộc với việc nghiên cứu chức năng tim bằng cảm biến điện - điện tâm đồ. Các xung điện do tim tạo ra sẽ tạo ra một từ trường của tim, có giá trị tối đa bằng 10-6 cường độ từ trường Trái đất. Giá trị của từ tâm đồ là nó cho phép thu thập thông tin về các vùng điện “im lặng” của tim.
Cần lưu ý rằng các nhà sinh vật học hiện đang yêu cầu các nhà vật lý đưa ra lý thuyết về cơ chế cơ bản của hoạt động sinh học của từ trường, và để đáp lại, các nhà vật lý đang yêu cầu các nhà sinh vật học đưa ra nhiều sự thật sinh học đã được chứng minh. Rõ ràng là sự hợp tác chặt chẽ giữa các chuyên gia khác nhau sẽ thành công.
Một mắt xích quan trọng liên kết các vấn đề từ sinh học là phản ứng của hệ thần kinh với từ trường. Bộ não là cơ quan đầu tiên phản ứng với bất kỳ thay đổi nào của môi trường bên ngoài. Chính việc nghiên cứu các phản ứng của nó sẽ là chìa khóa giải quyết nhiều vấn đề trong sinh học từ tính.
Trong số các cuộc cách mạng công nghệ cuối thế kỷ 20, một trong những cuộc cách mạng quan trọng nhất là sự chuyển đổi của người tiêu dùng sang nhiên liệu hạt nhân. Một lần nữa, từ trường lại được chú trọng. Chỉ có họ mới có thể hạn chế plasma bướng bỉnh trong một phản ứng nhiệt hạch “hòa bình”, thay thế các phản ứng phân hạch của hạt nhân uranium và thorium phóng xạ.
Bạn còn đốt cái gì nữa? - câu hỏi luôn dày vò những người làm việc trong ngành năng lượng là một điệp khúc đầy ám ảnh. Trong một thời gian khá dài, củi đã giúp ích cho chúng ta nhưng nó tiêu thụ năng lượng thấp, và do đó nền văn minh đốt củi vẫn còn nguyên thủy. Sự giàu có hiện tại của chúng ta dựa trên việc đốt nhiên liệu hóa thạch, nhưng trữ lượng dầu, than và khí tự nhiên sẵn có đang dần cạn kiệt. Dù muốn hay không, chúng ta phải định hướng lại sự cân bằng nhiên liệu và năng lượng của đất nước sang một thứ khác. Trong thế kỷ tới, phần còn lại của nhiên liệu hữu cơ sẽ phải được bảo tồn để đáp ứng nhu cầu nguyên liệu thô cho ngành hóa học. Và nguyên liệu năng lượng chính, như đã biết, sẽ là nhiên liệu hạt nhân.
Ý tưởng cách nhiệt từ tính của plasma dựa trên đặc tính nổi tiếng là các hạt tích điện chuyển động trong từ trường để bẻ cong quỹ đạo của chúng và di chuyển dọc theo đường xoắn ốc của các đường sức. Độ cong của quỹ đạo này trong từ trường không đồng nhất dẫn đến việc hạt bị đẩy vào vùng có từ trường yếu hơn. Nhiệm vụ là bao quanh plasma ở mọi phía bằng một trường mạnh hơn. Vấn đề này đang được giải quyết ở nhiều phòng thí nghiệm trên thế giới. Việc giam giữ plasma từ tính đã được phát hiện bởi các nhà khoa học Liên Xô, những người vào năm 1950 đã đề xuất việc giam giữ plasma trong cái gọi là bẫy từ tính (hoặc, như chúng thường được gọi là chai từ tính).
Một ví dụ về một hệ thống rất đơn giản để giam cầm plasma từ tính là một cái bẫy có phích cắm từ tính hoặc gương (tế bào gương). Hệ thống này là một ống dài trong đó một từ trường dọc được tạo ra. Các cuộn dây lớn hơn được quấn ở hai đầu ống so với ở giữa. Điều này dẫn đến hiện tượng các đường sức từ ở hai đầu ống dày đặc hơn và từ trường ở những khu vực này mạnh hơn. Do đó, một hạt bị nhốt trong chai từ tính không thể rời khỏi hệ, bởi vì nó sẽ phải đi qua các đường sức và do lực Lorentz “cuộn dây” lên chúng. Theo nguyên tắc này, bẫy từ khổng lồ của cơ sở Ogra-1, được phóng tại Viện Năng lượng nguyên tử mang tên I.V., đã được chế tạo. Kurchatov năm 1958. Buồng chân không Ogra-1 có chiều dài 19 m, đường kính trong 1,4 m. Đường kính trung bình của cuộn dây tạo ra từ trường là 1,8 m, cường độ từ trường ở giữa buồng là 0,5 T. , khi tắc đường 0,8 T.
Chi phí điện thu được từ các nhà máy nhiệt điện sẽ rất thấp do chi phí nguyên liệu (nước) thấp. Sẽ đến lúc các nhà máy điện tạo ra cả đại dương điện. Với sự trợ giúp của nguồn điện này, có lẽ không chỉ có thể thay đổi hoàn toàn các điều kiện sống trên Trái đất - quay trở lại các dòng sông, đầm lầy thoát nước, sa mạc nước - mà còn có thể thay đổi diện mạo của không gian bên ngoài xung quanh - thành cư trú và "hồi sinh" Mặt trăng, để bao quanh Sao Hỏa bằng bầu khí quyển.
Một trong những khó khăn chính trên con đường này là việc tạo ra một từ trường có hình dạng và độ lớn nhất định. Từ trường trong bẫy nhiệt hạch hiện đại tương đối nhỏ. Tuy nhiên, nếu chúng ta tính đến khối lượng khổng lồ của các buồng, sự vắng mặt của lõi sắt từ, cũng như các yêu cầu đặc biệt về hình dạng của từ trường, khiến việc tạo ra các hệ thống như vậy trở nên phức tạp, chúng ta phải thừa nhận rằng các bẫy hiện có là một thành tựu kỹ thuật tuyệt vời.
Dựa trên những điều trên, chúng ta có thể kết luận rằng hiện nay không có ngành nào không sử dụng nam châm hoặc hiện tượng từ tính.
Nhờ sự ra đời của hợp kim dựa trên Nd-Fe-B (neodymium, sắt và boron), việc sử dụng nam châm trong công nghiệp đã được mở rộng đáng kể. Trong số những ưu điểm chính của nam châm đất hiếm này so với SmCo và Fe-P đã sử dụng trước đây, điều đặc biệt đáng chú ý là tính sẵn có của nó. Kết hợp độ bám dính cao với kích thước nhỏ gọn và tuổi thọ lâu dài, những sản phẩm như vậy đã trở thành nhu cầu trong nhiều lĩnh vực hoạt động kinh tế.
Sử dụng nam châm neodymium trong các lĩnh vực công nghiệp khác nhau
Những hạn chế khi sử dụng nam châm đất hiếm làm từ neodymium có liên quan đến điểm yếu của chúng là quá nóng. Nhiệt độ hoạt động trên đối với các sản phẩm tiêu chuẩn là +80⁰C và đối với hợp kim chịu nhiệt đã được cải tiến - +200⁰C. Tính đến đặc điểm này, việc sử dụng nam châm neodymium trong công nghiệp bao gồm các lĩnh vực sau:
Sẽ rất hữu ích nếu đưa ra một số định nghĩa và giải thích ngay từ đầu công việc.
Nếu ở một nơi nào đó, một lực tác dụng lên các vật chuyển động có điện tích không tác dụng lên các vật đứng yên hoặc không tích điện, thì người ta nói rằng có một lực ở nơi này. từ trường một trong những hình thức tổng quát hơntrường điện từ.
Có những vật thể có khả năng tạo ra từ trường xung quanh mình (và vật thể như vậy cũng bị ảnh hưởng bởi lực của từ trường); chúng được cho là có từ tính và có mô men từ, xác định khả năng tạo ra từ trường của vật thể đó; . Những cơ thể như vậy được gọi là nam châm.
Cần lưu ý rằng các vật liệu khác nhau phản ứng khác nhau với từ trường bên ngoài.
Có những vật liệu làm suy yếu tác dụng của ngoại trường bên trong bản thân chúng vật liệu thuận từ và tăng cường trường bên ngoài bên trong bản thân họ Diamagnets.
Có những vật liệu có khả năng tăng cường trường bên ngoài rất lớn (hàng nghìn lần) - sắt, coban, niken, gadolinium, hợp kim và hợp chất của các kim loại này, chúng được gọi làchất sắt từ.
Có những vật liệu sắt từ sau khi tiếp xúc với từ trường bên ngoài đủ mạnh sẽ trở thành nam châm.vật liệu từ cứng.
Có những vật liệu tập trung một từ trường bên ngoài và khi nó hoạt động, nó hoạt động giống như nam châm; nhưng nếu trường bên ngoài biến mất thì chúng không trở thành nam châmvật liệu từ mềm
GIỚI THIỆU
Chúng ta đã quen với nam châm và coi nó hơi coi thường như một thuộc tính lỗi thời trong các bài học vật lý ở trường, thậm chí đôi khi không nghi ngờ xung quanh mình có bao nhiêu nam châm. Có hàng tá nam châm trong căn hộ của chúng ta: trong máy cạo râu điện, loa, máy ghi âm, trong đồng hồ, trong lọ đinh, cuối cùng. Bản thân chúng ta cũng là nam châm: dòng điện sinh học chảy trong chúng ta tạo ra một kiểu đường sức từ kỳ lạ xung quanh chúng ta. Trái đất chúng ta đang sống là một nam châm khổng lồ màu xanh. Mặt trời một quả cầu plasma màu vàng thậm chí còn là một nam châm hoành tráng hơn. Các thiên hà và tinh vân, hầu như không thể nhìn thấy qua kính thiên văn, là những nam châm có kích thước không thể hiểu được. Phản ứng tổng hợp nhiệt hạch, tạo ra điện từ động, gia tốc các hạt tích điện trong synchrotron, nâng tàu bị chìm - tất cả đều là những lĩnh vực cần đến những nam châm khổng lồ có kích thước chưa từng có. Vấn đề tạo ra từ trường mạnh, siêu mạnh, cực mạnh và thậm chí mạnh hơn đã trở thành một trong những vấn đề chính trong vật lý và công nghệ hiện đại.
Nam châm đã được con người biết đến từ thời xa xưa. Chúng tôi đã nhận được đề cập
về nam châm và tính chất của chúng trong công trìnhThales của Miletus (khoảng 600 TCN) và Plato (427347 TCN). Bản thân từ “nam châm” xuất hiện do nam châm tự nhiên được người Hy Lạp phát hiện ở Magnesia (Thessaly).
Nam châm tự nhiên (hoặc tự nhiên) xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng lắng đọng quặng từ tính. Nam châm tự nhiên lớn nhất được biết đến nằm ở Đại học Tartu. Khối lượng của nó là 13 kg và có khả năng nâng tải trọng 40 kg.
Nam châm nhân tạo là nam châm do con người tạo ra dựa trên nhiều nguyên lý khác nhauchất sắt từ. Cái gọi là nam châm “bột” (làm bằng sắt, coban và một số chất phụ gia khác) có thể giữ tải trọng gấp hơn 5.000 lần trọng lượng của chính chúng.
VỚI Có hai loại nam châm nhân tạo khác nhau:
Một số cái gọi lànam châm vĩnh cửu, được làm từ "từ tính cứng» nguyên vật liệu. Tính chất từ của chúng không liên quan đến việc sử dụng nguồn hoặc dòng điện bên ngoài.
Một loại khác bao gồm cái gọi là nam châm điện có lõi từ " từ mềm» tuyến. Từ trường mà chúng tạo ra chủ yếu là do có dòng điện chạy qua dây quấn bao quanh lõi.
Năm 1600, cuốn sách của bác sĩ hoàng gia W. Gilbert “Về nam châm, vật thể từ tính và nam châm vĩ đại - Trái đất” được xuất bản ở London. Công trình này là nỗ lực đầu tiên mà chúng tôi biết đến để nghiên cứu các hiện tượng từ tính từ góc độ khoa học. Tác phẩm này chứa đựng những thông tin hiện có về điện và từ, cũng như kết quả thí nghiệm của chính tác giả.
Trong mọi việc mà một người gặp phải, trước hết anh ta đều cố gắng thu được lợi ích thiết thực. Nam châm cũng không thoát khỏi số phận này.
Trong công việc của mình, tôi sẽ cố gắng tìm hiểu xem nam châm được con người sử dụng không phải cho mục đích chiến tranh mà cho mục đích hòa bình như thế nào, bao gồm cả việc sử dụng nam châm trong sinh học, y học và trong cuộc sống hàng ngày.
SỬ DỤNG NAM CHÂM.
LA BÀN, một thiết bị xác định phương ngang trên mặt đất. Được sử dụng để xác định hướng di chuyển của tàu, máy bay hoặc phương tiện mặt đất; hướng đi của người đi bộ; hướng tới một số đối tượng hoặc điểm mốc. La bàn được chia thành hai loại chính: la bàn từ tính loại con trỏ, được sử dụng bởi các nhà địa hình và khách du lịch, và loại không từ tính, chẳng hạn như la bàn con quay hồi chuyển và la bàn vô tuyến.
Đến thế kỷ 11. đề cập đến thông điệp của Shen Kua và Chu Yu của Trung Quốc về việc sản xuất la bàn từ nam châm tự nhiên và việc sử dụng chúng trong việc điều hướng. Nếu như
Nếu một cây kim dài làm bằng nam châm tự nhiên được cân bằng trên một trục cho phép nó quay tự do trong mặt phẳng nằm ngang thì nó luôn hướng một đầu về phía bắc và đầu kia về phía nam. Bằng cách đánh dấu đầu chỉ về hướng bắc, bạn có thể sử dụng la bàn như vậy để xác định phương hướng.
Các hiệu ứng từ tính tập trung ở hai đầu của một cây kim như vậy, và do đó chúng được gọi là các cực (tương ứng là hướng bắc và hướng nam).
Nam châm chủ yếu được sử dụng trong kỹ thuật điện, kỹ thuật vô tuyến, chế tạo thiết bị, tự động hóa và cơ điện từ. Ở đây, vật liệu sắt từ được sử dụng để sản xuất mạch từ, rơle, v.v.
Năm 1820, G. Oersted (1777–1851) phát hiện ra rằng một dây dẫn mang dòng điện tác dụng lên một kim nam châm, làm nó quay. Chỉ một tuần sau, Ampere chứng tỏ rằng hai dây dẫn song song có dòng điện cùng chiều bị hút vào nhau. Sau này, ông cho rằng mọi hiện tượng từ tính đều do dòng điện gây ra, và tính chất từ của nam châm vĩnh cửu gắn liền với dòng điện không ngừng chuyển động bên trong những nam châm này. Giả định này hoàn toàn phù hợp với các ý tưởng hiện đại.
Máy phát điện và động cơ điện -máy quay chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện (máy phát điện) hoặc năng lượng điện thành năng lượng cơ học (động cơ). Hoạt động của máy phát điện dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ: một suất điện động (EMF) được sinh ra trong một sợi dây chuyển động trong từ trường. Hoạt động của động cơ điện dựa trên thực tế là một lực tác dụng lên một dây dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường ngang.
Thiết bị điện từ.Các thiết bị như vậy sử dụng lực tương tác của từ trường với dòng điện trong các vòng dây quấn của bộ phận chuyển động, có xu hướng làm quay phần sau
Máy đo điện cảm ứng. Đồng hồ đo cảm ứng không gì khác hơn là một động cơ điện xoay chiều công suất thấp có hai cuộn dây: cuộn dây dòng điện và cuộn dây điện áp. Một đĩa dẫn điện đặt giữa các cuộn dây sẽ quay dưới tác dụng của một mô men xoắn tỉ lệ với công suất tiêu thụ. Mô-men xoắn này được cân bằng bởi dòng điện do nam châm vĩnh cửu tạo ra trong đĩa, do đó tốc độ quay của đĩa tỷ lệ thuận với mức tiêu thụ điện năng.
Đồng hồ đeo tay điệnđược cung cấp bởi một pin nhỏ. Chúng yêu cầu ít bộ phận hơn để hoạt động so với đồng hồ cơ; Như vậy, mạch điện của một chiếc đồng hồ cầm tay điện thông thường bao gồm hai nam châm, hai cuộn cảm và một bóng bán dẫn.
Khóa - một thiết bị cơ khí, điện hoặc điện tử nhằm hạn chế khả năng sử dụng trái phép một thứ gì đó. Khóa có thể được kích hoạt bằng một thiết bị (chìa khóa) thuộc quyền sở hữu của một người cụ thể, thông tin (mã số hoặc chữ cái) do người đó nhập hoặc một số đặc điểm cá nhân (ví dụ: mẫu võng mạc) của người đó. Khóa thường kết nối tạm thời hai cụm hoặc hai bộ phận với nhau trong một thiết bị. Thông thường, khóa là cơ khí, nhưng khóa điện từ ngày càng được sử dụng nhiều hơn.
Khóa từ. Một số mẫu khóa xi lanh sử dụng các bộ phận từ tính. Ổ khóa và chìa khóa được trang bị bộ mã nam châm vĩnh cửu phù hợp. Khi đưa đúng chìa khóa vào lỗ khóa, nó sẽ thu hút và định vị các phần tử từ tính bên trong ổ khóa, cho phép ổ khóa mở ra.
Lực kế - một thiết bị cơ hoặc điện để đo lực kéo hoặc mô-men xoắn của máy, máy công cụ hoặc động cơ.
Lực kế phanhcó nhiều kiểu dáng khác nhau; Ví dụ, chúng bao gồm phanh Prony, phanh thủy lực và điện từ.
Máy đo lực điện từcó thể được chế tạo dưới dạng một thiết bị thu nhỏ phù hợp để đo các đặc tính của động cơ cỡ nhỏ.
Điện kế một thiết bị nhạy cảm để đo dòng điện yếu Điện kế sử dụng mô-men xoắn được tạo ra bởi sự tương tác của nam châm vĩnh cửu hình móng ngựa với một cuộn dây nhỏ mang dòng điện (một nam châm điện yếu) treo trong khe giữa các cực của nam châm. Mô-men xoắn, và do đó độ lệch của cuộn dây, tỷ lệ thuận với dòng điện và tổng cảm ứng từ trong khe hở không khí, do đó thang đo của thiết bị gần như tuyến tính đối với độ lệch nhỏ của cuộn dây. Các thiết bị dựa trên nó là loại thiết bị phổ biến nhất.
Phạm vi thiết bị được sản xuất rất rộng và đa dạng: thiết bị tổng đài cho dòng điện một chiều và xoay chiều (điện từ, điện từ với bộ chỉnh lưu và hệ thống điện từ), thiết bị kết hợp, ampe-vôn kế, để chẩn đoán và điều chỉnh thiết bị điện của phương tiện, đo nhiệt độ bề mặt phẳng , Dụng cụ trang bị phòng học, máy đo và máy đo các thông số điện khác nhau
Sản xuất chất mài mòn - các hạt nhỏ, cứng, sắc được sử dụng ở dạng tự do hoặc dạng liên kết để gia công cơ khí (bao gồm tạo hình, gia công thô, mài, đánh bóng) các vật liệu và sản phẩm khác nhau được làm từ chúng (từ các tấm thép lớn đến tấm gỗ dán, kính quang học và chip máy tính). Chất mài mòn có thể là tự nhiên hoặc nhân tạo. Tác dụng của chất mài mòn được giảm xuống bằng cách loại bỏ một phần vật liệu khỏi bề mặt được xử lý.Trong quá trình sản xuất chất mài mòn nhân tạo, ferrosilicon có trong hỗn hợp lắng xuống đáy lò, nhưng một lượng nhỏ được nhúng vào chất mài mòn và sau đó bị nam châm loại bỏ.
Tính chất từ của vật chất được sử dụng rộng rãi trong khoa học và công nghệ như một phương tiện nghiên cứu cấu trúc của các vật thể khác nhau. Đây là cách họ phát sinh khoa học:
Magnetokh và Miya (từ hóa học) - một nhánh của hóa lý nghiên cứu mối quan hệ giữa tính chất từ và tính chất hóa học của các chất; Ngoài ra, từ hóa học nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường đến các quá trình hóa học. Từ hóa học dựa trên vật lý hiện đại của các hiện tượng từ tính. Nghiên cứu mối quan hệ giữa tính chất từ và tính chất hóa học giúp làm rõ đặc điểm cấu trúc hóa học của một chất.
Phát hiện lỗ hổng từ tính, một phương pháp tìm kiếm khuyết tật, dựa trên nghiên cứu sự biến dạng từ trường xảy ra ở các khuyết tật trong các sản phẩm làm từ vật liệu sắt từ.
. Công nghệ vi sóng
Dải tần số cực cao (UHF) - dải tần số của bức xạ điện từ (100¸ 300.000 triệu hertz), nằm trong dải phổ giữa tần số truyền hình cực cao và tần số hồng ngoại xa
Sự liên quan. Sóng vô tuyến vi sóng được sử dụng rộng rãi trong công nghệ truyền thông. Ngoài các hệ thống vô tuyến quân sự khác nhau, còn có rất nhiều đường dây liên lạc vi sóng thương mại ở tất cả các nước trên thế giới. Vì các sóng vô tuyến như vậy không đi theo độ cong của bề mặt trái đất mà truyền theo đường thẳng nên các liên kết liên lạc này thường bao gồm các trạm chuyển tiếp được lắp đặt trên đỉnh đồi hoặc tháp vô tuyến cách nhau khoảng 50 km.
Xử lý nhiệt các sản phẩm thực phẩm.Bức xạ vi sóng được sử dụng để xử lý nhiệt các sản phẩm thực phẩm tại nhà và trong công nghiệp thực phẩm. Năng lượng được tạo ra bởi các ống chân không công suất cao có thể được tập trung thành một khối lượng nhỏ để xử lý nhiệt hiệu quả cao các sản phẩm được gọi là. lò vi sóng hoặc lò vi sóng, được đặc trưng bởi sự sạch sẽ, không ồn ào và nhỏ gọn. Những thiết bị như vậy được sử dụng trong các phòng trưng bày máy bay, toa ăn uống đường sắt và máy bán hàng tự động, những nơi cần chuẩn bị và nấu thức ăn nhanh chóng. Ngành công nghiệp này cũng sản xuất lò vi sóng dùng trong gia đình.
Sự tiến bộ nhanh chóng trong lĩnh vực công nghệ vi sóng phần lớn gắn liền với việc phát minh ra các thiết bị chân không điện đặc biệt - magnetron và klystron, có khả năng tạo ra một lượng lớn năng lượng vi sóng. Một máy phát điện dựa trên triode chân không thông thường, được sử dụng ở tần số thấp, hóa ra lại rất kém hiệu quả trong phạm vi vi sóng.
Nam châm. Trong máy phát cao tần, được phát minh ở Anh trước Thế chiến thứ hai, những nhược điểm này không có, vì nó dựa trên một cách tiếp cận hoàn toàn khác để tạo ra bức xạ vi sóng, nguyên tắc của bộ cộng hưởng thể tích.
Máy phát cao tần có một số bộ cộng hưởng thể tích nằm đối xứng xung quanh cực âm nằm ở trung tâm. Thiết bị được đặt giữa các cực của một nam châm mạnh.
Đèn sóng du lịch (TWT).Một thiết bị điện chân không khác để tạo và khuếch đại sóng điện từ trong phạm vi vi sóng là đèn sóng lan truyền. Nó bao gồm một ống chân không mỏng được lắp vào một cuộn dây từ tính tập trung.
Máy gia tốc hạt, một hệ thống lắp đặt trong đó, với sự trợ giúp của điện trường và từ trường, thu được các chùm electron, proton, ion và các hạt tích điện khác có năng lượng vượt quá đáng kể năng lượng nhiệt.
Máy gia tốc hiện đại sử dụng nhiều loại công nghệ khác nhau, bao gồm cả máy gia tốc. nam châm chính xác mạnh mẽ.
Trong điều trị y tế và chẩn đoánmáy gia tốc đóng một vai trò thực tế quan trọng. Nhiều bệnh viện trên thế giới hiện có sẵn máy gia tốc tuyến tính điện tử nhỏ để tạo ra bức xạ tia X cường độ cao dùng để điều trị khối u. Ở mức độ thấp hơn, cyclotron hoặc synchrotron tạo ra chùm proton được sử dụng. Ưu điểm của proton so với bức xạ tia X trong liệu pháp điều trị khối u là giải phóng năng lượng cục bộ hơn. Do đó, liệu pháp proton đặc biệt hiệu quả trong điều trị các khối u não và mắt, nơi tổn thương các mô khỏe mạnh xung quanh phải được giảm thiểu nhất có thể.
Đại diện của các ngành khoa học khác nhau tính đến từ trường trong nghiên cứu của họ. Một nhà vật lý đo từ trường của các nguyên tử và hạt cơ bản, một nhà thiên văn học nghiên cứu vai trò của trường vũ trụ trong quá trình hình thành các ngôi sao mới, một nhà địa chất sử dụng những dị thường trong từ trường Trái đất để tìm ra các mỏ quặng từ, và gần đây sinh học đã có cũng tích cực tham gia nghiên cứu và sử dụng nam châm.
Khoa học sinh họcnửa đầu XX nhiều thế kỷ đã tự tin mô tả các chức năng quan trọng mà không tính đến sự tồn tại của bất kỳ từ trường nào. Hơn nữa, một số nhà sinh học cho rằng cần phải nhấn mạnh rằng ngay cả một từ trường nhân tạo mạnh cũng không có tác dụng lên các vật thể sinh học.
Các bộ bách khoa toàn thư không nói gì về ảnh hưởng của từ trường lên các quá trình sinh học. Hàng năm, những cân nhắc tích cực riêng biệt về tác dụng sinh học này hay tác dụng sinh học khác của từ trường đều xuất hiện trong các tài liệu khoa học trên khắp thế giới. Tuy nhiên, dòng nước nhỏ giọt yếu ớt này không thể làm tan chảy tảng băng ngờ vực ngay cả trong cách hình thành vấn đề... Và đột nhiên dòng nước nhỏ giọt biến thành dòng nước giông bão. Sự bùng nổ của các ấn phẩm từ sinh học, như thể rơi từ một đỉnh cao nào đó, đã tăng đều đặn kể từ đầu những năm 60 và nhấn chìm những tuyên bố hoài nghi.
Từ Nhà giả kim XVI thế kỷ và cho đến ngày nay, tác dụng sinh học của nam châm đã nhiều lần được người ngưỡng mộ và phê bình. Liên tục trong nhiều thế kỷ, đã có sự gia tăng và suy giảm mối quan tâm đến tác dụng chữa bệnh của nam châm. Với sự giúp đỡ của nó, họ đã cố gắng điều trị (và không thành công) các bệnh về thần kinh, đau răng, mất ngủ, đau gan và dạ dày - hàng trăm căn bệnh.
Đối với mục đích y học, nam châm có lẽ bắt đầu được sử dụng sớm hơn để xác định các hướng chính.
Là một phương pháp điều trị bên ngoài tại địa phương và như một tấm bùa hộ mệnh, nam châm đã đạt được thành công lớn đối với người Trung Quốc, Ấn Độ, Ai Cập và Ả Rập. Hy Lạp, La Mã, v.v. Nhà triết học Aristotle và nhà sử học Pliny đề cập đến đặc tính chữa bệnh của nó trong các tác phẩm của họ.
Trong nửa sau XX Thế kỷ này, vòng đeo tay từ tính đã trở nên phổ biến, có tác dụng hữu ích đối với bệnh nhân bị rối loạn huyết áp (tăng huyết áp và hạ huyết áp).
Ngoài nam châm vĩnh cửu, nam châm điện cũng được sử dụng. Chúng còn được sử dụng cho rất nhiều vấn đề trong khoa học, công nghệ, điện tử, y học (bệnh thần kinh, bệnh mạch máu ở tứ chi, bệnh tim mạch, ung thư).
Hơn hết, các nhà khoa học có xu hướng cho rằng từ trường làm tăng sức đề kháng của cơ thể.
Có máy đo vận tốc máu điện từ, những viên nang thu nhỏ, sử dụng từ trường bên ngoài, có thể di chuyển qua các mạch máu để mở rộng chúng, lấy mẫu ở một số phần của đường dẫn hoặc ngược lại, loại bỏ cục bộ các loại thuốc khác nhau khỏi viên nang.
Một phương pháp từ tính để loại bỏ các hạt kim loại khỏi mắt được sử dụng rộng rãi.
Hầu hết chúng ta đều quen thuộc với việc nghiên cứu chức năng tim bằng cảm biến điện - điện tâm đồ. Các xung điện do tim tạo ra sẽ tạo ra một từ trường trong tim, tối đa giá trị là 10-6 sức mạnh của từ trường Trái Đất. Giá trị của từ tâm đồ là nó cho phép thu thập thông tin về các vùng điện “im lặng” của tim.
Cần lưu ý rằng các nhà sinh vật học hiện đang yêu cầu các nhà vật lý đưa ra lý thuyết về cơ chế cơ bản của hoạt động sinh học của từ trường, và để đáp lại, các nhà vật lý đang yêu cầu các nhà sinh vật học đưa ra nhiều sự thật sinh học đã được chứng minh. Rõ ràng là sự hợp tác chặt chẽ giữa các chuyên gia khác nhau sẽ thành công.
Một mắt xích quan trọng liên kết các vấn đề từ sinh học là phản ứng của hệ thần kinh với từ trường. Bộ não là cơ quan đầu tiên phản ứng với bất kỳ thay đổi nào của môi trường bên ngoài. Chính việc nghiên cứu các phản ứng của nó sẽ là chìa khóa giải quyết nhiều vấn đề trong sinh học từ tính.
Kết luận đơn giản nhất có thể rút ra từ những điều trên là không có lĩnh vực hoạt động ứng dụng nào của con người mà nam châm không được sử dụng.
Văn học đã qua sử dụng:
- TSB, tái bản lần thứ hai, Matxcova, 1957.
- Kholodov Yu.A. “Người đàn ông trong trang web từ tính”, “Znanie”, Moscow, 1972
- Tài liệu từ bách khoa toàn thư Internet
- Putilov K.A. “Khóa học Vật lý”, “Fizmatgiz”, Moscow, 1964.
Có hai loại nam châm khác nhau. Một số được gọi là nam châm vĩnh cửu, được làm từ vật liệu “từ cứng”. Tính chất từ của chúng không liên quan đến việc sử dụng nguồn hoặc dòng điện bên ngoài. Một loại khác bao gồm cái gọi là nam châm điện có lõi làm bằng sắt “từ mềm”. Từ trường mà chúng tạo ra chủ yếu là do có dòng điện chạy qua dây quấn bao quanh lõi.
Cực từ và từ trường.
Đặc tính từ của thanh nam châm dễ nhận thấy nhất ở gần đầu của nó. Nếu một nam châm như vậy được treo ở phần giữa để nó có thể quay tự do trong mặt phẳng nằm ngang thì nó sẽ chiếm một vị trí gần tương ứng với hướng từ bắc xuống nam. Đầu của thanh hướng về phía bắc gọi là cực bắc, đầu đối diện gọi là cực nam. Hai cực đối diện của hai nam châm hút nhau, các cực cùng tên thì đẩy nhau.
Nếu một thanh sắt không bị nhiễm từ được đưa lại gần một trong các cực của nam châm thì cực đó sẽ bị nhiễm từ tạm thời. Trong trường hợp này, cực của thanh từ hóa gần cực nhất của nam châm sẽ có tên đối diện và cực ở xa sẽ có cùng tên. Lực hút giữa cực của nam châm và cực đối diện do nó gây ra trong thanh giải thích tác dụng của nam châm. Bản thân một số vật liệu (chẳng hạn như thép) trở thành nam châm vĩnh cửu yếu sau khi ở gần nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện. Một thanh thép có thể được từ hóa bằng cách đơn giản là đưa một đầu của thanh nam châm vĩnh cửu dọc theo đầu của nó.
Vì vậy, một nam châm thu hút các nam châm khác và các vật làm bằng vật liệu từ tính mà không tiếp xúc với chúng. Tác dụng ở khoảng cách xa này được giải thích là do sự tồn tại của từ trường trong không gian xung quanh nam châm. Có thể thu được một số ý tưởng về cường độ và hướng của từ trường này bằng cách đổ mạt sắt lên một tấm bìa cứng hoặc thủy tinh đặt trên một nam châm. Mùn cưa sẽ xếp thành chuỗi theo hướng của cánh đồng và mật độ của các dòng mùn cưa sẽ tương ứng với cường độ của cánh đồng này. (Chúng dày nhất ở hai đầu của nam châm, nơi cường độ từ trường lớn nhất.)
M. Faraday (1791–1867) đưa ra khái niệm đường cảm ứng kín cho nam châm. Các đường cảm ứng kéo dài ra không gian xung quanh từ nam châm ở cực bắc của nó, đi vào nam châm ở cực nam và đi vào bên trong vật liệu nam châm từ cực nam trở lại phía bắc, tạo thành một vòng khép kín. Tổng số dòng cảm ứng xuất hiện từ một nam châm được gọi là từ thông. Mật độ từ thông, hay cảm ứng từ ( TRONG), bằng số lượng đường cảm ứng đi dọc theo pháp tuyến đi qua một diện tích cơ bản có kích thước đơn vị.
Cảm ứng từ xác định lực mà từ trường tác dụng lên dây dẫn mang dòng điện đặt trong nó. Nếu dây dẫn mà dòng điện chạy qua TÔI, nằm vuông góc với các đường cảm ứng thì theo định luật Ampe lực F, tác dụng lên dây dẫn, vuông góc với cả từ trường và dây dẫn và tỉ lệ với cảm ứng từ, cường độ dòng điện và chiều dài của dây dẫn. Vì vậy, đối với cảm ứng từ B bạn có thể viết một biểu thức
Ở đâu F– lực tính bằng newton, TÔI- dòng điện tính bằng ampe, tôi- chiều dài tính bằng mét. Đơn vị đo cảm ứng từ là tesla (T).
Điện kế.
Điện kế là một dụng cụ nhạy để đo dòng điện yếu. Điện kế sử dụng mô-men xoắn được tạo ra bởi sự tương tác của nam châm vĩnh cửu hình móng ngựa với một cuộn dây nhỏ mang dòng điện (một nam châm điện yếu) treo trong khe giữa các cực của nam châm. Mô-men xoắn, và do đó độ lệch của cuộn dây, tỷ lệ thuận với dòng điện và tổng cảm ứng từ trong khe hở không khí, do đó thang đo của thiết bị gần như tuyến tính đối với độ lệch nhỏ của cuộn dây.
Lực từ hóa và cường độ từ trường.
Tiếp theo, chúng ta nên giới thiệu một đại lượng khác đặc trưng cho tác dụng từ của dòng điện. Giả sử dòng điện chạy qua dây của một cuộn dây dài, bên trong có một vật liệu có từ tính. Lực từ hóa là tích của dòng điện trong cuộn dây và số vòng dây của nó (lực này được đo bằng ampe, vì số vòng dây là một đại lượng không thứ nguyên). Cường độ từ trường N bằng lực từ hóa trên một đơn vị chiều dài của cuộn dây. Như vậy, giá trị Nđo bằng ampe trên mét; nó xác định độ từ hóa mà vật liệu bên trong cuộn dây thu được.
Trong chân không cảm ứng từ B tỉ lệ thuận với cường độ từ trường N:
Ở đâu tôi 0 – cái gọi là hằng số từ có giá trị phổ quát là 4 P H 10 –7 giờ/phút. Trong nhiều vật liệu giá trị B xấp xỉ tỷ lệ thuận N. Tuy nhiên, trong vật liệu sắt từ, tỷ lệ giữa B Và N phức tạp hơn một chút (như sẽ được thảo luận dưới đây).
Trong hình. Hình 1 cho thấy một nam châm điện đơn giản được thiết kế để kẹp tải. Nguồn năng lượng là pin DC. Hình này cũng cho thấy các đường sức của nam châm điện, có thể được phát hiện bằng phương pháp thông thường là giũa sắt.
Nam châm điện lớn có lõi sắt và số vòng ampe rất lớn, hoạt động ở chế độ liên tục nên có lực từ hóa lớn. Chúng tạo ra cảm ứng từ lên tới 6 Tesla ở khoảng cách giữa các cực; cảm ứng này chỉ bị giới hạn bởi ứng suất cơ học, sự nóng lên của cuộn dây và độ bão hòa từ tính của lõi. Một số nam châm điện khổng lồ làm mát bằng nước (không có lõi), cũng như các thiết bị tạo ra xung từ trường, được thiết kế bởi P.L. Kapitsa (1894–1984) ở Cambridge và tại Viện Các vấn đề Vật lý của Viện Hàn lâm Khoa học và Khoa học Liên Xô. F. Bitter (1902–1967) tại Viện Công nghệ Massachusetts. Với những nam châm như vậy, có thể đạt được cảm ứng lên tới 50 Tesla. Một nam châm điện tương đối nhỏ tạo ra từ trường lên tới 6,2 Tesla, tiêu thụ 15 kW năng lượng điện và được làm mát bằng hydro lỏng, đã được phát triển tại Phòng thí nghiệm quốc gia Losalamos. Các trường tương tự thu được ở nhiệt độ đông lạnh.
Tính thấm từ và vai trò của nó trong từ tính.
Tính thấm từ tôi là đại lượng đặc trưng cho tính chất từ của vật liệu. Các kim loại sắt từ Fe, Ni, Co và hợp kim của chúng có độ thấm tối đa rất cao - từ 5000 (đối với Fe) đến 800.000 (đối với siêu kim loại). Trong những vật liệu như vậy ở cường độ trường tương đối thấp H cảm ứng lớn xảy ra B, nhưng nói chung, mối quan hệ giữa các đại lượng này là phi tuyến do hiện tượng bão hòa và trễ, được thảo luận dưới đây. Vật liệu sắt từ bị nam châm hút mạnh. Chúng mất tính chất từ ở nhiệt độ trên điểm Curie (770° C đối với Fe, 358° C đối với Ni, 1120° C đối với Co) và hoạt động giống như các thuận nam châm, do đó cảm ứng B lên đến giá trị căng thẳng rất cao H tỷ lệ thuận với nó - giống hệt như trong chân không. Nhiều nguyên tố và hợp chất có tính thuận từ ở mọi nhiệt độ. Các chất thuận từ được đặc trưng bởi thực tế là chúng bị từ hóa trong từ trường bên ngoài; nếu trường này bị tắt, các chất thuận từ sẽ trở về trạng thái không nhiễm từ. Từ hóa trong nam châm sắt được duy trì ngay cả sau khi tắt từ trường.
Trong hình. Hình 2 cho thấy một vòng trễ điển hình cho vật liệu sắt từ cứng (có tổn thất lớn). Nó mô tả sự phụ thuộc mơ hồ của từ hóa của vật liệu có trật tự từ tính vào cường độ của trường từ hóa. Với cường độ từ trường tăng dần từ điểm ban đầu (không) ( 1 ) từ hóa xảy ra dọc theo đường đứt nét 1 –2 , và giá trị tôi thay đổi đáng kể khi độ từ hóa của mẫu tăng lên. Tại điểm 2 đạt được độ bão hòa, tức là khi điện áp tăng thêm thì độ từ hóa không còn tăng nữa. Nếu bây giờ chúng ta giảm dần giá trị H về 0 thì đường cong B(H) không còn đi theo đường đó nữa mà đi qua điểm 3 , có thể nói là tiết lộ một “ký ức” của tài liệu về “lịch sử quá khứ”, do đó có tên là “độ trễ”. Rõ ràng là trong trường hợp này một số từ hóa dư được giữ lại (đoạn 1 –3 ). Sau khi thay đổi hướng của từ trường sang hướng ngược lại, đường cong TRONG (N) vượt qua điểm 4 , và đoạn ( 1 )–(4 ) tương ứng với lực cưỡng bức ngăn cản sự khử từ. Tăng thêm giá trị (- H) đưa đường cong trễ đến góc phần tư thứ ba - phần 4 –5 . Sự giảm giá trị tiếp theo (- H) về 0 và sau đó tăng giá trị dương H sẽ dẫn đến việc đóng vòng trễ thông qua các điểm 6 , 7 Và 2 .
Vật liệu từ cứng được đặc trưng bởi một vòng trễ rộng, bao phủ một diện tích đáng kể trên sơ đồ và do đó tương ứng với các giá trị lớn của từ hóa dư (cảm ứng từ) và lực cưỡng bức. Vòng trễ hẹp (Hình 3) là đặc trưng của vật liệu từ tính mềm, chẳng hạn như thép nhẹ và các hợp kim đặc biệt có độ thấm từ cao. Những hợp kim như vậy được tạo ra với mục đích giảm tổn thất năng lượng do hiện tượng trễ. Hầu hết các hợp kim đặc biệt này, như ferrite, có điện trở cao, không chỉ làm giảm tổn thất từ tính mà còn giảm tổn thất điện do dòng điện xoáy gây ra.
Vật liệu từ tính có độ thấm cao được tạo ra bằng cách ủ, thực hiện bằng cách giữ ở nhiệt độ khoảng 1000°C, sau đó ủ (làm nguội dần) đến nhiệt độ phòng. Trong trường hợp này, việc xử lý cơ học và nhiệt sơ bộ cũng như loại bỏ tạp chất trong mẫu là rất quan trọng. Đối với lõi máy biến áp vào đầu thế kỷ 20. thép silicon đã được phát triển, giá trị tôi tăng lên khi hàm lượng silicon tăng lên. Giữa những năm 1915 và 1920, permalloys (hợp kim của Ni và Fe) xuất hiện với vòng trễ đặc trưng hẹp và gần như hình chữ nhật. Giá trị thấm từ đặc biệt cao tôiở những giá trị nhỏ H các hợp kim khác nhau về hypernic (50% Ni, 50% Fe) và mu-kim loại (75% Ni, 18% Fe, 5% Cu, 2% Cr), trong khi ở perminvar (45% Ni, 30% Fe, 25% giá trị Co ) tôi hầu như không đổi trong một phạm vi rộng các thay đổi về cường độ trường. Trong số các vật liệu từ tính hiện đại, phải kể đến supermalloy, một hợp kim có độ thấm từ cao nhất (chứa 79% Ni, 15% Fe và 5% Mo).
Các lý thuyết về từ tính.
Lần đầu tiên, giả thuyết cho rằng hiện tượng từ tính cuối cùng bị quy giản thành hiện tượng điện nảy sinh từ Ampere vào năm 1825, khi ông trình bày ý tưởng về những dòng điện vi mô khép kín bên trong đang lưu thông trong mỗi nguyên tử của một nam châm. Tuy nhiên, nếu không có bất kỳ xác nhận thực nghiệm nào về sự hiện diện của những dòng điện như vậy trong vật chất (electron chỉ được J. Thomson phát hiện vào năm 1897, và mô tả cấu trúc của nguyên tử được đưa ra bởi Rutherford và Bohr vào năm 1913), lý thuyết này “đã lụi tàn”. .” Năm 1852, W. Weber đề xuất rằng mỗi nguyên tử của một chất từ tính là một nam châm nhỏ, hay lưỡng cực từ, do đó sự từ hóa hoàn toàn của một chất đạt được khi tất cả các nam châm nguyên tử riêng lẻ được sắp xếp theo một thứ tự nhất định (Hình 4, b). Weber tin rằng “ma sát” phân tử hoặc nguyên tử giúp những nam châm cơ bản này duy trì trật tự của chúng bất chấp ảnh hưởng đáng lo ngại của các dao động nhiệt. Lý thuyết của ông có thể giải thích sự từ hóa của các vật thể khi tiếp xúc với nam châm, cũng như sự khử từ của chúng khi va chạm hoặc nung nóng; cuối cùng, việc “tái tạo” nam châm khi cắt kim hoặc thanh từ tính thành từng mảnh cũng được giải thích. Tuy nhiên, lý thuyết này không giải thích được nguồn gốc của nam châm cơ bản cũng như hiện tượng bão hòa và trễ. Lý thuyết của Weber được cải tiến vào năm 1890 bởi J. Ewing, người đã thay thế giả thuyết về ma sát nguyên tử của mình bằng ý tưởng về lực giam giữ tương tác giữa các nguyên tử giúp duy trì trật tự của các lưỡng cực cơ bản tạo nên nam châm vĩnh cửu.
Cách tiếp cận vấn đề, từng được Ampere đề xuất, đã nhận được sự sống thứ hai vào năm 1905, khi P. Langevin giải thích hành vi của vật liệu thuận từ bằng cách gán cho mỗi nguyên tử một dòng điện tử bên trong không bù. Theo Langevin, chính những dòng điện này tạo thành những nam châm nhỏ xíu được định hướng ngẫu nhiên khi không có từ trường bên ngoài, nhưng có được sự định hướng có trật tự khi tác dụng vào. Trong trường hợp này, cách tiếp cận trật tự hoàn chỉnh tương ứng với sự bão hòa từ hóa. Ngoài ra, Langevin còn đưa ra khái niệm mômen từ, mà đối với một nam châm nguyên tử riêng lẻ bằng tích của “điện tích từ” của một cực và khoảng cách giữa các cực. Như vậy, từ tính yếu của vật liệu thuận từ là do tổng mômen từ được tạo ra bởi dòng điện tử không bù.
Năm 1907, P. Weiss đưa ra khái niệm “miền”, khái niệm này đã trở thành một đóng góp quan trọng cho lý thuyết hiện đại về từ tính. Weiss tưởng tượng các miền là những “thuộc địa” nhỏ của các nguyên tử, trong đó mô men từ của tất cả các nguyên tử, vì một lý do nào đó, buộc phải duy trì cùng một hướng, sao cho mỗi miền bị từ hóa đến mức bão hòa. Một miền riêng lẻ có thể có kích thước tuyến tính theo thứ tự 0,01 mm và theo đó, thể tích theo thứ tự 10–6 mm 3. Các miền được ngăn cách bởi cái gọi là bức tường Bloch, độ dày của nó không vượt quá 1000 kích thước nguyên tử. “Bức tường” và hai miền định hướng trái ngược nhau được thể hiện dưới dạng sơ đồ trong Hình 2. 5. Những bức tường như vậy đại diện cho “các lớp chuyển tiếp” trong đó hướng từ hóa miền thay đổi.
Trong trường hợp chung, ba phần có thể được phân biệt trên đường cong từ hóa ban đầu (Hình 6). Trong phần đầu tiên, bức tường, dưới tác động của một trường bên ngoài, di chuyển qua độ dày của vật chất cho đến khi gặp một khuyết tật trong mạng tinh thể, khiến nó dừng lại. Bằng cách tăng cường độ trường, bạn có thể buộc bức tường di chuyển xa hơn, qua phần giữa giữa các đường đứt nét. Nếu sau đó cường độ trường lại giảm xuống 0 thì các bức tường sẽ không còn trở về vị trí ban đầu nữa, do đó mẫu sẽ vẫn bị từ hóa một phần. Điều này giải thích hiện tượng trễ của nam châm. Ở phần cuối cùng của đường cong, quá trình kết thúc với sự bão hòa từ hóa của mẫu do thứ tự từ hóa bên trong các miền rối loạn cuối cùng. Quá trình này gần như hoàn toàn có thể đảo ngược. Độ cứng từ tính được thể hiện bởi những vật liệu có mạng nguyên tử chứa nhiều khuyết tật cản trở sự chuyển động của các bức tường liên vùng. Điều này có thể đạt được bằng cách xử lý cơ học và nhiệt, ví dụ bằng cách nén và nung kết vật liệu dạng bột sau đó. Trong hợp kim alnico và các chất tương tự của chúng, kết quả tương tự đạt được bằng cách nung chảy kim loại thành một cấu trúc phức tạp.
Ngoài các vật liệu thuận từ và sắt từ, còn có các vật liệu được gọi là đặc tính phản sắt từ và sắt từ. Sự khác biệt giữa các loại từ tính này được giải thích trong hình. 7. Dựa trên khái niệm các miền, thuyết thuận từ có thể được coi là một hiện tượng gây ra bởi sự có mặt trong vật liệu của các nhóm nhỏ lưỡng cực từ, trong đó các lưỡng cực riêng lẻ tương tác rất yếu với nhau (hoặc hoàn toàn không tương tác) và do đó , trong trường hợp không có trường ngoài, chỉ lấy các hướng ngẫu nhiên ( Hình 7, MỘT). Trong vật liệu sắt từ, trong mỗi miền có sự tương tác mạnh mẽ giữa các lưỡng cực riêng lẻ, dẫn đến sự sắp xếp song song có trật tự của chúng (Hình 7, b). Ngược lại, trong các vật liệu phản sắt từ, sự tương tác giữa các lưỡng cực riêng lẻ dẫn đến sự sắp xếp theo thứ tự phản song song của chúng, do đó tổng mô men từ của mỗi miền bằng không (Hình 7, V.). Cuối cùng, trong các vật liệu sắt từ (ví dụ, ferrit) có cả thứ tự song song và phản song song (Hình 7, G), dẫn đến từ tính yếu.
Có hai bằng chứng thực nghiệm xác nhận thuyết phục về sự tồn tại của các miền. Đầu tiên trong số đó được gọi là hiệu ứng Barkhausen, thứ hai là phương pháp tạo hình bằng bột. Năm 1919, G. Barkhausen đã chứng minh rằng khi đặt một trường ngoài vào một mẫu vật liệu sắt từ, độ từ hóa của nó thay đổi theo từng phần nhỏ riêng biệt. Từ quan điểm của lý thuyết miền, đây không gì khác hơn là một bước tiến đột ngột của bức tường liên miền, trên đường đi gặp phải những khiếm khuyết riêng lẻ khiến nó bị trì hoãn. Hiệu ứng này thường được phát hiện bằng cách sử dụng một cuộn dây trong đó đặt một thanh hoặc dây sắt từ. Nếu bạn luân phiên đưa một nam châm mạnh vào và ra khỏi mẫu, mẫu sẽ bị từ hóa và bị từ hóa lại. Những thay đổi đột ngột về độ từ hóa của mẫu sẽ làm thay đổi từ thông qua cuộn dây và một dòng điện cảm ứng được kích thích trong đó. Điện áp tạo ra trong cuộn dây được khuếch đại và đưa vào đầu vào của một cặp tai nghe âm thanh. Tiếng tách nghe qua tai nghe cho thấy sự thay đổi đột ngột về từ hóa.
Để xác định cấu trúc miền của nam châm bằng phương pháp hình bột, một giọt huyền phù keo của bột sắt từ (thường là Fe 3 O 4) được áp dụng lên bề mặt được đánh bóng tốt của vật liệu từ hóa. Các hạt bột lắng đọng chủ yếu ở những nơi có độ không đồng nhất tối đa của từ trường - tại ranh giới của các miền. Cấu trúc này có thể được nghiên cứu dưới kính hiển vi. Một phương pháp dựa trên sự truyền ánh sáng phân cực qua vật liệu sắt từ trong suốt cũng đã được đề xuất.
Lý thuyết từ tính ban đầu của Weiss trong các đặc điểm chính của nó vẫn giữ được tầm quan trọng của nó cho đến ngày nay, tuy nhiên, đã nhận được một cách giải thích cập nhật dựa trên ý tưởng về các spin của electron không bù như một yếu tố quyết định từ tính nguyên tử. Giả thuyết về sự tồn tại động lượng của chính electron được S. Goudsmit và J. Uhlenbeck đưa ra vào năm 1926, và hiện nay chính các electron là chất mang spin được coi là “nam châm cơ bản”.
Để giải thích khái niệm này, hãy xem xét (Hình 8) một nguyên tử sắt tự do, một vật liệu sắt từ điển hình. Hai vỏ của nó ( K Và L), những hạt gần hạt nhân nhất chứa đầy các electron, trong đó hạt thứ nhất chứa hai và hạt thứ hai chứa tám electron. TRONG K-vỏ, spin của một electron là dương, còn spin kia là âm. TRONG L-vỏ (chính xác hơn là trong hai lớp con của nó), bốn trong số tám electron có spin dương và bốn electron còn lại có spin âm. Trong cả hai trường hợp, spin của electron bên trong một lớp vỏ được bù hoàn toàn, do đó tổng mômen từ bằng không. TRONG M- ở lớp vỏ, tình huống lại khác, vì trong số sáu electron nằm ở lớp con thứ ba, có năm electron có spin hướng theo một hướng và chỉ có electron thứ sáu hướng theo hướng còn lại. Kết quả là còn lại bốn spin không bù, xác định tính chất từ của nguyên tử sắt. (Ở bên ngoài N-vỏ chỉ có hai electron hóa trị, không đóng góp vào từ tính của nguyên tử sắt.) Từ tính của các chất sắt từ khác, chẳng hạn như niken và coban, được giải thích theo cách tương tự. Vì các nguyên tử lân cận trong mẫu sắt tương tác mạnh với nhau và các electron của chúng được tập thể hóa một phần, nên lời giải thích này chỉ nên được coi là một sơ đồ trực quan nhưng rất đơn giản về tình huống thực tế.
Lý thuyết về từ trường nguyên tử, dựa trên việc tính đến spin của electron, được hỗ trợ bởi hai thí nghiệm hồi chuyển thú vị, một trong số đó được thực hiện bởi A. Einstein và W. de Haas, và thí nghiệm kia được thực hiện bởi S. Barnett. Trong thí nghiệm đầu tiên, một ống trụ bằng vật liệu sắt từ được treo như trong hình. 9. Nếu có dòng điện chạy qua dây quấn thì hình trụ sẽ quay quanh trục của nó. Khi hướng của dòng điện (và do đó từ trường) thay đổi, nó sẽ quay theo hướng ngược lại. Trong cả hai trường hợp, sự quay của hình trụ là do trật tự của các spin electron. Ngược lại, trong thí nghiệm của Barnett, một hình trụ lơ lửng, được đưa vào trạng thái quay đột ngột, sẽ bị nhiễm từ khi không có từ trường. Hiệu ứng này được giải thích là do khi nam châm quay, một mô men con quay được tạo ra, mômen này có xu hướng làm mô men quay quay theo hướng trục quay của chính nó.
Để giải thích đầy đủ hơn về bản chất và nguồn gốc của các lực tầm ngắn tác động lên các nam châm nguyên tử lân cận và chống lại ảnh hưởng hỗn loạn của chuyển động nhiệt, người ta nên chuyển sang cơ học lượng tử. Một lời giải thích cơ học lượng tử về bản chất của các lực này đã được đề xuất vào năm 1928 bởi W. Heisenberg, người đã đưa ra giả thuyết về sự tồn tại của các tương tác trao đổi giữa các nguyên tử lân cận. Sau đó, G. Bethe và J. Slater chỉ ra rằng lực trao đổi tăng đáng kể khi khoảng cách giữa các nguyên tử giảm đi, nhưng khi đạt đến khoảng cách giữa các nguyên tử tối thiểu nhất định thì chúng giảm xuống bằng không.
ĐẶC TÍNH TỪ CỦA CHẤT
Một trong những nghiên cứu sâu rộng và có hệ thống đầu tiên về tính chất từ của vật chất được thực hiện bởi P. Curie. Ông đã chứng minh rằng, theo tính chất từ tính của chúng, tất cả các chất có thể được chia thành ba loại. Loại đầu tiên bao gồm các chất có tính chất từ tính rõ rệt, tương tự như tính chất của sắt. Những chất như vậy được gọi là sắt từ; từ trường của chúng có thể nhận thấy được ở những khoảng cách đáng kể ( cm. cao hơn). Loại thứ hai bao gồm các chất được gọi là thuận từ; Tính chất từ của chúng nhìn chung tương tự như tính chất của vật liệu sắt từ, nhưng yếu hơn nhiều. Ví dụ, lực hút vào các cực của một nam châm điện cực mạnh có thể xé một chiếc búa sắt ra khỏi tay bạn và để phát hiện lực hút của một chất thuận từ đối với cùng một nam châm, bạn thường cần những chiếc cân phân tích rất nhạy. Lớp cuối cùng, thứ ba bao gồm cái gọi là chất nghịch từ. Chúng bị đẩy lùi bởi một nam châm điện, tức là lực tác dụng lên vật liệu nghịch từ có hướng ngược lại với lực tác dụng lên vật liệu sắt và thuận từ.
Đo tính chất từ tính.
Khi nghiên cứu tính chất từ, có hai loại phép đo quan trọng nhất. Đầu tiên là đo lực tác dụng lên một mẫu ở gần nam châm; Đây là cách xác định độ từ hóa của mẫu. Phương pháp thứ hai bao gồm các phép đo tần số “cộng hưởng” gắn liền với sự từ hóa của vật chất. Các nguyên tử là những "con quay hồi chuyển" nhỏ bé và nằm trong một tiến động từ trường (giống như một đỉnh thông thường dưới tác dụng của mô-men xoắn do trọng lực tạo ra) ở tần số có thể đo được. Ngoài ra, một lực tác dụng lên các hạt tích điện tự do chuyển động vuông góc với đường cảm ứng từ, giống như dòng điện tử trong dây dẫn. Nó làm cho hạt chuyển động theo một quỹ đạo tròn có bán kính được cho bởi
R = mv/eB,
Ở đâu tôi- khối lượng hạt, v- tốc độ của nó, e là điện tích của nó, và B- cảm ứng từ trường. Tần số của chuyển động tròn đó là
Ở đâu fđo bằng hertz, e- trong mặt dây chuyền, tôi- tính bằng kilogam, B- ở Tesla. Tần số này đặc trưng cho sự chuyển động của các hạt tích điện trong một chất nằm trong từ trường. Cả hai loại chuyển động (tuế sai và chuyển động dọc theo quỹ đạo tròn) đều có thể được kích thích bằng các trường xen kẽ có tần số cộng hưởng bằng tần số “tự nhiên” đặc trưng của một vật liệu nhất định. Trong trường hợp đầu tiên, cộng hưởng được gọi là từ tính, và trong trường hợp thứ hai - cyclotron (do nó giống với chuyển động tuần hoàn của một hạt hạ nguyên tử trong cyclotron).
Nói về tính chất từ của nguyên tử, cần đặc biệt chú ý đến động lượng góc của chúng. Từ trường tác dụng lên lưỡng cực nguyên tử đang quay, có xu hướng làm nó quay và đặt nó song song với từ trường. Thay vào đó, nguyên tử bắt đầu tiến động xung quanh hướng của trường (Hình 10) với tần số phụ thuộc vào mô men lưỡng cực và cường độ của trường tác dụng.
Tuế sai nguyên tử không thể quan sát trực tiếp được vì tất cả các nguyên tử trong một mẫu đều tiến động ở một pha khác. Nếu chúng ta áp dụng một trường xen kẽ nhỏ hướng vuông góc với trường có thứ tự không đổi, thì một mối quan hệ pha nhất định được thiết lập giữa các nguyên tử tiến động và tổng mô men từ của chúng bắt đầu tiến động với tần số bằng tần số tuế sai của từng mô men từ riêng lẻ. Vận tốc góc của tuế sai là quan trọng. Theo quy luật, giá trị này vào bậc 10 10 Hz/T đối với từ hóa liên kết với các electron và vào bậc 10 7 Hz/T đối với từ hóa liên quan đến điện tích dương trong hạt nhân nguyên tử.
Sơ đồ thiết lập để quan sát cộng hưởng từ hạt nhân (NMR) được hiển thị trong Hình 2. 11. Chất đang nghiên cứu được đưa vào một trường không đổi đồng nhất giữa các cực. Sau đó, nếu trường tần số vô tuyến được kích thích bằng cách sử dụng một cuộn dây nhỏ bao quanh ống nghiệm, thì có thể đạt được sự cộng hưởng ở một tần số cụ thể bằng tần số tuế sai của tất cả các “con quay hồi chuyển” hạt nhân trong mẫu. Các phép đo tương tự như việc điều chỉnh máy thu radio theo tần số của một đài cụ thể.
Phương pháp cộng hưởng từ giúp nghiên cứu không chỉ tính chất từ của các nguyên tử và hạt nhân cụ thể mà còn cả tính chất của môi trường của chúng. Thực tế là từ trường trong chất rắn và phân tử không đồng nhất, vì chúng bị biến dạng bởi điện tích nguyên tử, và các chi tiết của đường cong cộng hưởng thực nghiệm được xác định bởi trường cục bộ trong vùng đặt hạt nhân tiến động. Điều này cho phép nghiên cứu các đặc điểm cấu trúc của một mẫu cụ thể bằng phương pháp cộng hưởng.
Tính toán tính chất từ.
Cảm ứng từ của trường Trái đất là 0,5 x 10 –4 T, trong khi trường giữa các cực của một nam châm điện mạnh là khoảng 2 T trở lên.
Từ trường được tạo ra bởi bất kỳ cấu hình dòng điện nào có thể được tính bằng công thức Biot-Savart-Laplace cho cảm ứng từ của trường được tạo bởi một phần tử dòng điện. Việc tính toán trường được tạo ra bởi các mạch có hình dạng và cuộn dây hình trụ khác nhau trong nhiều trường hợp rất phức tạp. Dưới đây là công thức cho một số trường hợp đơn giản. Cảm ứng từ (tính bằng tesla) của trường được tạo ra bởi một dây dẫn thẳng dài mang dòng điện TÔI
Trường của một thanh sắt bị từ hóa tương tự như trường ngoài của một cuộn dây điện từ dài, với số ampe vòng trên một đơn vị chiều dài tương ứng với dòng điện trong các nguyên tử trên bề mặt của thanh từ hóa, vì dòng điện bên trong thanh triệt tiêu nhau (Hình 12). Với tên gọi Ampe, dòng điện bề mặt như vậy được gọi là Ampe. Cường độ từ trường Hà, được tạo ra bởi dòng điện Ampe, bằng mômen từ trên một đơn vị thể tích của thanh M.
Nếu cắm một thanh sắt vào cuộn dây thì ngoài việc dòng điện chạy qua cuộn dây còn tạo ra một từ trường H, trật tự lưỡng cực nguyên tử trong vật liệu làm thanh từ hóa tạo ra từ hóa M. Trong trường hợp này, từ thông tổng được xác định bằng tổng dòng điện thực và dòng Ampe, sao cho B = tôi 0(H + Hà), hoặc B = tôi 0(H+M). Thái độ M/H gọi điện độ nhạy từ tính và được ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp c; c- đại lượng không thứ nguyên đặc trưng cho khả năng từ hóa của vật liệu trong từ trường.
Kích cỡ B/H, đặc trưng cho tính chất từ của vật liệu, được gọi là độ thấm từ và được ký hiệu là tôi là, Và tôi là = tôi 0tôi, Ở đâu tôi là- tuyệt đối, và tôi- độ thấm tương đối,
Trong các chất sắt từ lượng c có thể có giá trị rất lớn – lên tới 10 4 е 10 6 . Kích cỡ c Vật liệu thuận từ có nhiều hơn 0 một chút và vật liệu nghịch từ có ít hơn một chút. Chỉ trong chân không và trong trường có cường độ rất yếu c Và tôi không đổi và không phụ thuộc vào từ trường ngoài. Sự phụ thuộc cảm ứng B từ H thường là phi tuyến và gọi là đồ thị của nó. Đường cong từ hóa đối với các vật liệu khác nhau và thậm chí ở các nhiệt độ khác nhau có thể khác nhau đáng kể (ví dụ về các đường cong như vậy được trình bày trong Hình 2 và 3).
Các tính chất từ của vật chất rất phức tạp và sự hiểu biết sâu sắc về chúng đòi hỏi phải phân tích cẩn thận cấu trúc của nguyên tử, sự tương tác của chúng trong phân tử, sự va chạm của chúng trong chất khí và ảnh hưởng lẫn nhau của chúng trong chất rắn và chất lỏng; Tính chất từ của chất lỏng vẫn còn ít được nghiên cứu.