Vsi so že dolgo vajeni takega predmeta, kot je magnet. V tem ne vidimo nič posebnega. Običajno ga povezujemo z poukom fizike ali prikazom v obliki trikov lastnosti magneta za predšolske otroke. In le redko kdo pomisli, koliko magnetov nas obdaja v vsakdanjem življenju. V vsakem stanovanju jih je na desetine. Magnet je prisoten v napravi vsakega zvočnika, magnetofon, električni brivnik, uro. Tudi kozarec žebljev je en.
In kaj še?
Mi - ljudje - nismo izjema. Zahvaljujoč biotokom, ki tečejo v telesu, je okoli nas neviden vzorec njegovih silnih linij. Zemlja je velik magnet. In še bolj veličastno - plazma krogla sonca. Razsežnosti galaksij in meglic, ki jih človek ne razume, le redko dopuščajo misel, da so vse to tudi magneti.
Sodobna znanost zahteva ustvarjanje novih velikih in super zmogljivih magnetov, katerih področja uporabe so povezana s termonuklearno fuzijo, proizvodnjo električne energije, pospeševanjem nabitih delcev v sinhrotronih, dvigovanjem potopljenih ladij. Ustvarite izjemno močno polje z uporabo magnetnih lastnostimagnet je eden od problemov sodobne fizike.
Pojasnite pojme
Magnetno polje je sila, ki deluje na telesa z nabojem, ki so v gibanju. "Ne deluje" s stacionarnimi predmeti (ali brez naboja) in služi kot oblika elektromagnetnega polja, ki obstaja kot bolj splošen koncept.
Če lahko telesa okoli sebe ustvarijo magnetno polje in sami izkusijo silo njegovega vpliva, jih imenujemo magneti. To pomeni, da so ti predmeti magnetizirani (imajo ustrezen moment).
Različni materiali se različno odzivajo na zunanje polje. Tiste, ki oslabijo njegovo delovanje v sebi, imenujemo paramagneti, tisti, ki ga okrepijo, pa diamagneti. Posamezni materiali imajo lastnost, da tisočkrat povečajo zunanje magnetno polje. To so feromagneti (kob alt, nikelj z železom, gadolinij, pa tudi spojine in zlitine omenjenih kovin). Tisti od njih, ki pod vplivom močnega zunanjega polja sami pridobijo magnetne lastnosti, se imenujejo trdi magneti. Drugi, ki se lahko obnašajo kot magneti le pod neposrednim vplivom polja in prenehajo biti z njegovim izginotjem, so mehki magneti.
Malo zgodovine
Ljudje preučujejo lastnosti trajnih magnetov že od zelo, zelo starih časov. Omenjeni so v spisih znanstvenikov antične Grčije že 600 let pred našim štetjem. Naravne (naravnega izvora) magnete najdemo v nahajališčih magnetne rude. Najbolj znani veliki naravni magneti se hranijo v Tartujuuniverza. Tehta 13 kilogramov, breme, ki ga je mogoče dvigniti z njegovo pomočjo, pa je 40 kg.
Človeštvo se je naučilo ustvarjati umetne magnete z uporabo različnih feromagnetov. Vrednost prahu (iz kob alta, železa itd.) je v sposobnosti, da zadrži breme, ki tehta 5000-kratno lastno težo. Umetni vzorci so lahko trajni (dobljeni iz trdih magnetnih materialov) ali elektromagneti z jedrom, katerega material je mehko magnetno železo. Napetostno polje v njih nastane zaradi prehoda električnega toka skozi žice navitja, ki ga obdaja jedro.
Prva resna knjiga, ki vsebuje poskuse znanstvenega preučevanja lastnosti magneta, je bilo delo londonskega zdravnika Gilberta, objavljeno leta 1600. To delo vsebuje vse informacije, ki so bile takrat na voljo v zvezi z magnetizmom in elektriko, pa tudi avtorjeve poskuse.
Človek skuša katerega koli od obstoječih pojavov prilagoditi praktičnemu življenju. Seveda magnet ni bil izjema.
Kako se uporabljajo magneti
Katere lastnosti magneta je sprejelo človeštvo? Njegov obseg je tako širok, da se lahko le na kratko dotaknemo glavnih, najbolj znanih naprav in aplikacij tega čudovitega predmeta.
Kompas je dobro znana naprava za določanje smeri na tleh. Zahvaljujoč njemu utirajo pot letalom in ladjam, kopenskemu prometu in prometnim ciljem za pešce. Tenaprave so lahko magnetne (kazalci), ki jih uporabljajo turisti in topografi, ali nemagnetne (radio in hidrokompasi).
Prvi kompasi iz naravnih magnetov so bili izdelani v 11. stoletju in uporabljeni v navigaciji. Njihovo delovanje temelji na prostem vrtenju v vodoravni ravnini dolge igle iz magnetnega materiala, uravnotežene na osi. Eden od njegovih koncev je vedno obrnjen proti jugu, drugi - proti severu. Tako lahko vedno natančno ugotovite glavne smernice glede kardinalnih točk.
Glavne sfere
Polja, kjer so lastnosti magneta našle svojo glavno uporabo - radio in elektrotehnika, instrumentacija, avtomatizacija in telemehanika. Iz feromagnetnih materialov se pridobivajo releji, magnetna vezja itd.. Leta 1820 so odkrili lastnost prevodnika s tokom, da deluje na magnetno iglo in jo prisili v obračanje. Hkrati je prišlo do še enega odkritja - par vzporednih prevodnikov, skozi katerega teče tok iste smeri, ima lastnost medsebojne privlačnosti.
Zaradi tega je bila narejena predpostavka o vzroku lastnosti magneta. Vsi takšni pojavi nastanejo v povezavi s tokovi, vključno s tistimi, ki krožijo znotraj magnetnih materialov. Sodobne ideje v znanosti so popolnoma skladne s to predpostavko.
O motorjih in generatorjih
Na njegovi podlagi so bile ustvarjene številne sorte elektromotorjev in električnih generatorjev, torej strojev rotacijskega tipa, katerih načelo delovanja temelji na pretvorbi mehanske energije v električno energijo (govoragovorimo o generatorjih) ali električnih na mehanske (o motorjih). Vsak generator deluje na principu elektromagnetne indukcije, to je EMF (elektromotorna sila) v žici, ki se premika v magnetnem polju. Elektromotor deluje na podlagi pojava pojava sile v žici s tokom v prečnem polju.
Uporaba jakosti interakcije polja s tokom, ki teče skozi zavoje navitja njihovih gibljivih delov, naprave imenujemo magnetoelektrično delo. Indukcijski števec električne energije deluje kot nov močan AC motor z dvema navitjema. Prevodni disk, ki se nahaja med navitji, se vrti z navorom, sorazmernim z vhodno močjo.
In v vsakdanjem življenju?
Električne zapestne ure, ki jih poganja miniaturna baterija, poznajo vsi. Njihova naprava je zaradi uporabe para magnetov, para induktorjev in tranzistorja veliko enostavnejša glede na število razpoložljivih delov kot mehanske ure.
Vse pogosteje se uporabljajo elektromagnetne ključavnice ali cilindrične ključavnice, opremljene z magnetnimi elementi. V njih sta tako ključ kot ključavnica opremljena s kombiniranim kompletom. Ko pravilen ključ dobro vstopi v ključavnico, se notranji elementi magnetne ključavnice pritegnejo v želeni položaj, kar omogoča odpiranje.
Naprava dinamometrov in galvanometra (zelo občutljiva naprava, s katero se merijo šibki tokovi) temelji na delovanju magnetov. Lastnosti magneta so našle uporabo pri izdelavi abrazivov. Torejimenujemo ostri majhni in zelo trdi delci, ki so potrebni za mehansko obdelavo (brušenje, poliranje, grobo brušenje) različnih predmetov in materialov. Med njihovo proizvodnjo se ferosilicij, ki je potreben v sestavi mešanice, delno usede na dno peči in se delno vnese v sestavo abraziva. Za odstranitev od tam so potrebni magneti.
znanost in komunikacije
Zaradi magnetnih lastnosti snovi ima znanost možnost preučevati zgradbo različnih teles. Omenimo lahko le magnetokemijo ali magnetno detekcijo napak (metoda odkrivanja napak s preučevanjem popačenja magnetnega polja na določenih področjih izdelkov).
Uporabljajo se tudi v proizvodnji mikrovalovne opreme, radijskih komunikacijskih sistemov (vojaških in komercialnih vodov), toplotni obdelavi, tako doma kot v živilski industriji (mikrovalovne pečice so vsem dobro poznane). Skoraj nemogoče je našteti vse najbolj zapletene tehnične naprave in aplikacije, v katerih se danes uporabljajo magnetne lastnosti snovi, v okviru enega članka.
medicinsko področje
Področje diagnostike in medicinske terapije ni bila izjema. Zahvaljujoč elektronskim linearnim pospeševalnikom, ki generirajo rentgenske žarke, se izvaja terapija tumorjev, generirajo se protonski žarki v ciklotronih ali sinhrotronih, ki imajo prednosti pred rentgenskimi žarki v lokalni usmerjenosti in povečani učinkovitosti pri zdravljenju očesnih in možganskih tumorjev.
Kar se tiče biološkegaznanost, še pred sredino prejšnjega stoletja, vitalne funkcije telesa nikakor niso bile povezane z obstojem magnetnih polj. Znanstvena literatura se je občasno polnila s posameznimi sporočili o teh ali drugačnih njihovih zdravstvenih učinkih. Toda od šestdesetih let prejšnjega stoletja so bile objave o bioloških lastnostih magneta plaz.
Takrat in zdaj
Vendar so poskuse zdravljenja ljudi z njim poskušali alkimisti že v 16. stoletju. Veliko je bilo uspešnih poskusov zdravljenja zobobola, živčnih motenj, nespečnosti in številnih težav z notranjimi organi. Zdi se, da je magnet našel svojo uporabo v medicini najpozneje v navigaciji.
Zadnjega pol stoletja so bile široko uporabljene magnetne zapestnice, priljubljene med bolniki z zmanjšanim krvnim tlakom. Znanstveniki so resno verjeli v sposobnost magneta, da poveča odpornost človeškega telesa. S pomočjo elektromagnetnih naprav so se naučili meriti hitrost pretoka krvi, jemati vzorce ali vbrizgavati potrebna zdravila iz kapsul.
Magnet odstrani majhne kovinske delce, ki so padli v oko. Delovanje električnih senzorjev temelji na njegovem delovanju (vsak izmed nas je seznanjen s postopkom odvzema elektrokardiograma). V našem času postaja sodelovanje fizikov z biologi pri preučevanju temeljnih mehanizmov vpliva magnetnega polja na človeško telo vse tesnejše in bolj potrebno.
Neodim magnet: lastnosti in aplikacije
Neodim magneti veljajo za največji vpliv na zdravje ljudi. Sestavljeni so izneodim, železo in bor. Njihova kemična formula je NdFeB. Glavna prednost takšnega magneta je močan učinek njegovega polja z relativno majhno velikostjo. Torej je teža magneta s silo 200 gausov približno 1 g. Za primerjavo, železen magnet enake moči ima približno 10-krat večjo težo.
Druga nedvomna prednost omenjenih magnetov je dobra stabilnost in sposobnost ohranjanja želenih lastnosti več sto let. V stoletju magnet izgubi svoje lastnosti samo za 1%.
Kako natančno so obdelani neodimski magneti?
Izboljšuje krvni obtok, stabilizira krvni tlak, se bori proti migrenam.
Lastnosti neodimskih magnetov so se začele uporabljati za zdravljenje pred približno 2000 leti. Omembe te vrste terapije najdemo v rokopisih starodavne Kitajske. Zdravljenje je bilo nato z nanosom magnetiziranih kamnov na človeško telo.
Terapija je obstajala tudi v obliki pritrditve le-teh na telo. Legenda trdi, da je Kleopatra dolgovala svoje odlično zdravje in nezemeljsko lepoto nenehnemu nošenju magnetnega povoja na glavi. V 10. stoletju so perzijski znanstveniki podrobno opisali ugoden učinek lastnosti neodimskih magnetov na človeško telo v primeru odpravljanja vnetij in mišičnih krčev. Glede na ohranjene dokaze tistega časa je mogoče soditi o njihovi uporabi za povečanje mišične moči, moči kosti in zmanjšanje bolečin v sklepih.
Od vseh bolezni…
Dokaz o učinkovitosti takšnega vpliva je bil objavljen leta 1530leta slavni švicarski zdravnik Paracelsus. Zdravnik je v svojih zapisih opisal magične lastnosti magneta, ki bi lahko spodbudil telesne sile in povzročil samozdravljenje. Ogromno število bolezni se je v tistih dneh začelo premagovati z magnetom.
Samozdravljenje s pomočjo tega zdravila se je v ZDA razširilo v povojnih letih (1861-1865), ko je zdravil kategorično primanjkovalo. Uporabljal ga je kot zdravilo in kot lajšanje bolečin.
Od 20. stoletja so zdravilne lastnosti magneta znanstveno utemeljene. Leta 1976 je japonski zdravnik Nikagawa predstavil koncept sindroma pomanjkanja magnetnega polja. Raziskave so pokazale natančne simptome. Sestavljajo jih šibkost, utrujenost, zmanjšana zmogljivost in motnje spanja. Pojavljajo se tudi migrene, bolečine v sklepih in hrbtenici, težave s prebavnim in srčno-žilnim sistemom v obliki hipotenzije ali hipertenzije. Gre za sindrom in področje ginekologije ter kožne spremembe. Z uporabo magnetoterapije je mogoče ta stanja precej uspešno normalizirati.
Znanost ne miruje
Znanstveniki še naprej eksperimentirajo z magnetnimi polji. Poskusi se izvajajo na živalih in pticah ter na bakterijah. Pogoji oslabljenega magnetnega polja zmanjšajo uspešnost presnovnih procesov pri poskusnih pticah in miših, bakterije se nenadoma prenehajo razmnoževati. Pri dolgotrajnem primanjkljaju polja pride do nepopravljivih sprememb v živih tkivih.
To je za boj proti vsem takšnim pojavom in posledicammagnetoterapijo kot tako uporabljajo s številnimi negativnimi posledicami. Zdi se, da trenutno vse uporabne lastnosti magnetov še niso dovolj raziskane. Pred zdravniki je veliko zanimivih odkritij in novih dogodkov.
