Visi rankose laikė magnetuką ir vaikystėje su juo žaidė. Magnetai gali būti labai skirtingos formos ir dydžio, tačiau visi magnetai turi bendrą savybę – jie pritraukia geležį. Atrodo, kad jie patys iš geležies, bent jau iš kažkokio metalo tikrai. Tačiau yra „juodųjų magnetų“ arba „akmenų“, jie taip pat stipriai pritraukia geležies gabalus, o ypač vienas kitą.
Bet jie neatrodo kaip metalas, jie lengvai dūžta, kaip stiklas. Magnetai turi daug naudingų panaudojimų, pavyzdžiui, jų pagalba patogu „smeigti“ popieriaus lapus prie paviršių. Magnetas patogus pamestoms adatoms rinkti, tad, kaip matome, tai visiškai naudingas dalykas.
Mokslas 2.0 – Didysis šuolis į priekį – Magnetai
Magnetas praeityje
Daugiau nei prieš 2000 metų senovės kinai žinojo apie magnetus, bent jau tai, kad pagal šį reiškinį galima pasirinkti kryptį keliaujant. Tai yra, jie išrado kompasą. Senovės Graikijos filosofai, smalsuoliai, rinkdami įvairius nuostabius faktus, Magnesos miesto apylinkėse Mažojoje Azijoje susidūrė su magnetais. Ten jie aptiko keistų akmenų, galinčių pritraukti geležį. Tuo metu tai buvo ne mažiau nuostabu, nei mūsų laikais galėjo tapti ateiviai.
Dar labiau nustebino tai, kad magnetai traukia ne visus metalus, o tik geležį, o magnetu gali tapti pati geležis, nors ir ne tokia stipri. Galima sakyti, kad magnetas pritraukė ne tik geležį, bet ir mokslininkų smalsumą bei labai pastūmėjo į priekį tokį mokslą kaip fizika. Talis iš Mileto rašė apie „magneto sielą“, o romėnas Titas Lukrecijus Karas savo esė „Apie daiktų prigimtį“ rašė apie „siautingą geležies drožlių ir žiedų judėjimą“. Jis jau galėjo pastebėti, kad yra du magneto poliai, kurie vėliau, kai jūreiviai pradėjo naudoti kompasą, buvo pavadinti pagrindiniais taškais.
Kas yra magnetas? Paprastais žodžiais. Magnetinis laukas
Į magnetą žiūrėjome rimtai
Magnetų prigimties ilgai nepavyko paaiškinti. Magnetų pagalba buvo atrasti nauji žemynai (jūreiviai iki šiol su kompasu elgiasi labai pagarbiai), tačiau niekas dar nieko nežinojo apie pačią magnetizmo prigimtį. Darbai buvo atlikti tik tobulinant kompasą, kurį taip pat atliko geografas ir navigatorius Kristupas Kolumbas.
1820 m. danų mokslininkas Hansas Christianas Oerstedas padarė didelį atradimą. Jis nustatė vielos veikimą elektros srove ant magnetinės adatos ir, kaip mokslininkas, eksperimentais išsiaiškino, kaip tai vyksta skirtingomis sąlygomis. Tais pačiais metais prancūzų fizikas Henri Ampere'as iškėlė hipotezę apie elementarias žiedines sroves, tekančias magnetinės medžiagos molekulėse. 1831 metais anglas Michaelas Faradėjus, naudodamas izoliuotos vielos ritę ir magnetą, atliko eksperimentus, įrodančius, kad mechaninis darbas gali būti paverstas elektros srove. Jis taip pat nustatė elektromagnetinės indukcijos dėsnį ir įvedė „magnetinio lauko“ sąvoką.
Faradėjaus dėsnis nustato taisyklę: uždaroje kilpoje elektrovaros jėga yra lygi magnetinio srauto, einančio per šią kilpą, kitimo greičiui. Šiuo principu veikia visos elektros mašinos – generatoriai, elektros varikliai, transformatoriai.
1873 metais škotų mokslininkas Jamesas C. Maxwellas sujungia magnetinius ir elektrinius reiškinius į vieną teoriją – klasikinę elektrodinamiką.
Medžiagos, kurias galima įmagnetinti, vadinamos feromagnetais. Šis pavadinimas siejasi su magnetais su geležimi, tačiau, be jo, gebėjimas magnetizuotis taip pat yra nikelyje, kobalte ir kai kuriuose kituose metaluose. Kadangi magnetinis laukas jau pateko į praktinio panaudojimo sritį, magnetinės medžiagos sulaukė didelio dėmesio.
Prasidėjo eksperimentai su magnetinių metalų lydiniais ir įvairiais juose esančiais priedais. Gautos medžiagos buvo labai brangios, ir jei Werneris Siemensas nebūtų sugalvojęs magneto pakeisti plienu, įmagnetintu palyginti maža srove, pasaulis niekada nebūtų matęs elektrinio tramvajaus ir Siemens kompanijos. Siemens taip pat dirbo su telegrafo įrenginiais, bet čia jis turėjo daug konkurentų, o elektrinis tramvajus davė įmonei daug pinigų, o galiausiai kartu su juo traukė ir visa kita.
Elektromagnetinė indukcija
Pagrindiniai kiekiai, susiję su magnetais technologijoje
Mus daugiausia domins magnetai, tai yra feromagnetai, ir paliksime šiek tiek nuošalyje likusią, labai didelę magnetinių (geriau sakant, elektromagnetinių, Maksvelo atminimui) reiškinių sritį. Mūsų matavimo vienetai bus priimti SI (kilogramas, metras, sekundė, amperas) ir jų išvestiniai:
l Lauko stiprumas, H, A/m (amperais vienam metrui).
Šis dydis apibūdina lauko stiprumą tarp lygiagrečių laidininkų, kurių atstumas yra 1 m, o per juos teka srovė yra 1 A. Lauko stiprumas yra vektorinis dydis.
l Magnetinė indukcija, B, Tesla, magnetinio srauto tankis (Weber/m2)
Tai yra srovės per laidininką ir apskritimo ilgio santykis, kurio spindulys mus domina indukcijos dydis. Apskritimas yra plokštumoje, kurią viela kerta statmenai. Tai taip pat apima veiksnį, vadinamą magnetiniu pralaidumu. Tai vektorinis dydis. Jei mintyse pažvelgsite į laido galą ir manote, kad srovė teka kryptimi nuo mūsų, tada magnetinės jėgos apskritimai „suka“ pagal laikrodžio rodyklę, o indukcijos vektorius taikomas liestine ir sutampa su jais kryptimi.
l Magnetinis pralaidumas, μ (santykinė vertė)
Jei vakuumo magnetinį pralaidumą laikysime 1, tai kitų medžiagų atveju gausime atitinkamas vertes. Taigi, pavyzdžiui, orui gauname vertę, kuri yra beveik tokia pati kaip vakuumo. Dėl geležies gauname žymiai didesnes vertes, todėl perkeltine prasme (ir labai tiksliai) galime pasakyti, kad geležis „traukia“ į save magnetines jėgos linijas. Jei lauko stiprumas ritėje be šerdies yra lygus H, tai su šerdimi gauname μH.
l Prievartos jėga, Esu.
Prievartos jėga matuoja, kiek magnetinė medžiaga priešinasi išmagnetinimui ir pakartotiniam įmagnetinimui. Jei srovė ritėje visiškai pašalinama, šerdyje bus liekamoji indukcija. Kad jis būtų lygus nuliui, reikia sukurti tam tikro intensyvumo lauką, bet atvirkščiai, tai yra, leisti srovei tekėti priešinga kryptimi. Ši įtampa vadinama priverstine jėga.
Kadangi praktiškai magnetai visada naudojami tam tikram ryšiui su elektra, neturėtų stebėtis, kad jų savybėms apibūdinti naudojamas toks elektros dydis kaip amperas.
Iš to, kas pasakyta, galima daryti išvadą, kad, pavyzdžiui, vinis, kurią paveikė magnetas, gali tapti magnetu, nors ir silpnesniu. Praktiškai pasirodo, kad tai žino net su magnetais žaidžiantys vaikai.
Technologijoje magnetams keliami skirtingi reikalavimai, priklausomai nuo to, kur šios medžiagos patenka. Feromagnetinės medžiagos skirstomos į „minkštas“ ir „kietas“. Pirmieji naudojami gaminant šerdis prietaisams, kuriuose magnetinis srautas yra pastovus arba kintamas. Negalite pagaminti gero nepriklausomo magneto iš minkštų medžiagų. Jie per lengvai demagnetizuojasi, ir tai yra būtent jų vertinga savybė, nes relė turi „atsileisti“, jei išjungiama srovė, o elektros variklis neturėtų įkaisti - energijos perteklius išleidžiamas įmagnetinimo apsisukimui, kuris išsiskiria forma. šilumos.
KAIP IŠ TIKRŲJŲ ATRODO MAGNETINIS LAUKAS? Igoris Beletskis
Nuolatiniams magnetams, ty tiems, kurie vadinami magnetais, pagaminti reikia kietų medžiagų. Standumas reiškia magnetinę, ty didelę likutinę indukciją ir didelę priverstinę jėgą, nes, kaip matėme, šie dydžiai yra glaudžiai susiję vienas su kitu. Tokie magnetai naudojami anglies, volframo, chromo ir kobalto plienuose. Jų koerciatyvumas siekia apie 6500 A/m.
Yra specialūs lydiniai, vadinami alni, alnisi, alnico ir daugelis kitų, kaip galima spėti, juose yra aliuminis, nikelis, silicis, kobaltas įvairiais deriniais, kurie turi didesnę priverstinę jėgą – iki 20 000...60 000 A/m. Tokį magnetą ne taip lengva nuplėšti nuo geležies.
Yra magnetai, specialiai sukurti veikti aukštesniu dažniu. Tai gerai žinomas „apvalus magnetas“. Jis „išgaunamas“ iš netinkamo stereofoninės sistemos garsiakalbio, automobilio radijo ar net praėjusių metų televizoriaus. Šis magnetas pagamintas sukepinus geležies oksidus ir specialius priedus. Ši medžiaga vadinama feritu, tačiau ne kiekvienas feritas yra specialiai įmagnetintas tokiu būdu. Ir garsiakalbiuose jis naudojamas siekiant sumažinti nenaudingus nuostolius.
Magnetai. Atradimas. Kaip tai veikia?
Kas vyksta magneto viduje?
Dėl to, kad medžiagos atomai yra savotiški elektros "gumbeliai", jie gali sukurti savo magnetinį lauką, tačiau tik kai kuriuose metaluose, kurių atominė struktūra yra panaši, šis gebėjimas yra labai stipriai išreikštas. Geležis, kobaltas ir nikelis yra Mendelejevo periodinėje lentelėje vienas šalia kito ir turi panašias elektroninių apvalkalų struktūras, kurios paverčia šių elementų atomus mikroskopiniais magnetais.
Kadangi metalus galima vadinti sustingusiu įvairių labai mažų kristalų mišiniu, akivaizdu, kad tokie lydiniai gali turėti labai daug magnetinių savybių. Daugelis atomų grupių gali „išskleisti“ savo magnetus, veikiami kaimynų ir išorinių laukų. Tokios „bendruomenės“ vadinamos magnetiniais domenais ir sudaro labai keistas struktūras, kurias vis dar su susidomėjimu tyrinėja fizikai. Tai turi didelę praktinę reikšmę.
Kaip jau minėta, magnetai gali būti beveik atominio dydžio, todėl mažiausią magnetinio domeno dydį riboja kristalo, kuriame yra įterpti magnetinio metalo atomai, dydis. Tai paaiškina, pavyzdžiui, beveik fantastišką įrašymo tankį šiuolaikiniuose kompiuterių kietuosiuose diskuose, kurie, matyt, ir toliau augs tol, kol diskai turės rimtesnių konkurentų.
Gravitacija, magnetizmas ir elektra
Kur naudojami magnetai?
Kurių šerdys yra magnetai, pagaminti iš magnetų, nors paprastai vadinami tiesiog šerdimis, magnetai gali būti naudojami daug daugiau. Yra raštinės reikmenų magnetai, magnetai baldų durims užrakinti ir šachmatų magnetai keliautojams. Tai visiems žinomi magnetai.
Retesni tipai apima įkrautų dalelių greitintuvų magnetus, tai yra labai įspūdingos konstrukcijos, kurios gali sverti dešimtis tonų ar daugiau. Nors dabar eksperimentinė fizika apauga žole, išskyrus tą dalį, kuri iškart atneša superpelną rinkai, bet pati beveik nieko nekainuoja.
Dar vienas įdomus magnetas įtaisytas prabangiame medicinos prietaise, vadinamame magnetinio rezonanso skeneriu. (Tiesą sakant, metodas vadinamas BMR, branduolinio magnetinio rezonanso, bet kad negąsdintų žmonių, kurie apskritai nėra stiprūs fizikoje, jis buvo pervadintas.) Prietaisas reikalauja, kad stebimas objektas (pacientas) būtų patalpintas į stiprų magnetinį lauką, t. o atitinkamas magnetas turi bauginančius matmenis ir velnio karsto formą.
Žmogus paguldomas ant sofos ir riečiamas per tunelį šiame magnete, o jutikliai nuskaito gydytojus dominančią sritį. Apskritai tai nėra didelė problema, tačiau kai kurie žmonės patiria klaustrofobiją iki panikos. Tokie žmonės noriai leisis pjaustomi gyvi, bet nesutiks su magnetinio rezonanso tyrimu. Tačiau kas žino, kaip žmogus jaučiasi neįprastai stipriame magnetiniame lauke, kurio indukcija siekia iki 3 Teslų, už tai sumokėjęs gerus pinigus.
Norint pasiekti tokį stiprų lauką, dažnai naudojamas superlaidumas, aušinant magnetinę ritę skystu vandeniliu. Tai leidžia „išpumpuoti“ lauką nebijant, kad laidų kaitinimas stipria srove apribos magneto galimybes. Tai visai nėra pigi sąranka. Tačiau magnetai, pagaminti iš specialių lydinių, kuriems nereikia srovės šalinimo, yra daug brangesni.
Mūsų Žemė taip pat yra didelis, nors ir nelabai stiprus magnetas. Tai padeda ne tik magnetinio kompaso savininkams, bet ir gelbsti mus nuo mirties. Be jo mus žudytų saulės spinduliuotė. Kompiuteriais imituotas Žemės magnetinio lauko vaizdas, pagrįstas stebėjimais iš kosmoso, atrodo labai įspūdingai.
Čia yra trumpas atsakymas į klausimą, kas yra magnetas fizikoje ir technologijose.
Dėl ko kai kurie metalai traukia magnetą? Kodėl magnetas nepritraukia visų metalų? Kodėl viena magneto pusė traukia, o kita atstumia metalą? O kuo neodimio metalai tokie stiprūs?
Norėdami atsakyti į visus šiuos klausimus, pirmiausia turite apibrėžti patį magnetą ir suprasti jo principą. Magnetai yra kūnai, kurie dėl savo magnetinio lauko veikimo gali pritraukti geležinius ir plieninius objektus ir atstumti kai kuriuos kitus. Magnetinio lauko linijos praeina iš pietinio magneto poliaus ir išeina iš šiaurinio poliaus. Nuolatinis arba kietasis magnetas nuolat kuria savo magnetinį lauką. Elektromagnetas arba minkštasis magnetas gali sukurti magnetinius laukus tik esant magnetiniam laukui ir tik trumpą laiką, kai yra tam tikro magnetinio lauko veikimo zonoje. Elektromagnetai sukuria magnetinius laukus tik tada, kai elektra praeina per ritės laidą.
Dar visai neseniai visi magnetai buvo gaminami iš metalinių elementų arba lydinių. Magneto sudėtis nulėmė jo galią. Pavyzdžiui:
Keraminiuose magnetuose, kaip ir naudojamuose šaldytuvuose bei primityviems eksperimentams atlikti, be keraminių kompozitinių medžiagų yra geležies rūdos. Dauguma keraminių magnetų, dar vadinamų geležiniais magnetais, neturi didelės patrauklios jėgos.
„Alnico magnetai“ susideda iš aliuminio, nikelio ir kobalto lydinių. Jie yra galingesni už keraminius magnetus, bet daug silpnesni už kai kuriuos retus elementus.
Neodimio magnetai sudaryti iš geležies, boro ir elemento neodimio, kuris retai randamas gamtoje.
Kobalto-samariumo magnetai apima kobaltą ir retus elementus samariumą. Per pastaruosius kelerius metus mokslininkai taip pat atrado magnetinius polimerus arba vadinamuosius plastikinius magnetus. Kai kurie iš jų yra labai lankstūs ir plastiški. Tačiau vieni dirba tik itin žemoje temperatūroje, o kiti gali pakelti tik labai lengvas medžiagas, pavyzdžiui, metalines drožles. Bet norint turėti magneto savybes, kiekvienam iš šių metalų reikia jėgos.
Magnetų gamyba
Daugelis šiuolaikinių elektroninių prietaisų yra pagrįsti magnetais. Magnetai prietaisų gamyboje pradėti naudoti palyginti neseniai, nes gamtoje esantys magnetai neturi reikiamos jėgos valdyti įrangą, ir tik tada, kai žmonėms pavyko juos padaryti galingesnius, jie tapo nepakeičiamu elementu gamyboje. Geležinis akmuo, magnetito rūšis, laikomas stipriausiu gamtoje randamu magnetu. Jis gali pritraukti smulkius daiktus, tokius kaip sąvaržėlės ir segtukai.Kažkur XII amžiuje žmonės atrado, kad geležies rūda gali būti naudojama geležies dalelėms įmagnetinti – taip žmonės sukūrė kompasą. Jie taip pat pastebėjo, kad jei nuolat judinate magnetą išilgai geležinės adatos, adata tampa įmagnetinta. Pati adata traukiama šiaurės-pietų kryptimi. Vėliau garsus mokslininkas Williamas Gilbertas paaiškino, kad įmagnetintos adatos judėjimas šiaurės-pietų kryptimi vyksta dėl to, kad mūsų planeta Žemė labai panaši į didžiulį magnetą, turintį du polius – šiaurės ir pietų polius. Kompaso adata nėra tokia stipri kaip daugelis šiandien naudojamų nuolatinių magnetų. Tačiau fizinis procesas, įmagnetinantis kompaso adatas ir neodimio lydinio gabalus, yra beveik tas pats. Tai viskas apie mikroskopinius regionus, vadinamus magnetiniais domenais, kurie yra feromagnetinių medžiagų, tokių kaip geležis, kobaltas ir nikelis, struktūros dalis. Kiekvienas domenas yra mažas, atskiras magnetas su šiaurės ir pietų poliais. Neįmagnetintose feromagnetinėse medžiagose kiekvienas šiaurinis ašigalis nukreiptas skirtinga kryptimi. Magnetiniai domenai, nukreipti priešingomis kryptimis, panaikina vienas kitą, todėl pati medžiaga nesukuria magnetinio lauko.
Kita vertus, magnetuose beveik visi arba bent jau dauguma magnetinių domenų yra nukreipti viena kryptimi. Užuot panaikinę vienas kitą, mikroskopiniai magnetiniai laukai susijungia ir sukuria vieną didelį magnetinį lauką. Kuo daugiau domenų nukreiptų ta pačia kryptimi, tuo stipresnis magnetinis laukas. Kiekvienos srities magnetinis laukas tęsiasi nuo jo šiaurinio poliaus iki pietų poliaus.
Tai paaiškina, kodėl perlaužę magnetą per pusę, gausite du mažus magnetus su šiaurės ir pietų poliais. Tai taip pat paaiškina, kodėl priešingi poliai traukia – jėgos linijos išeina iš vieno magneto šiaurinio poliaus, o į kito – į pietinį polių, todėl metalai pritraukia ir sukuria vieną didesnį magnetą. Atstūmimas vyksta pagal tą patį principą – jėgos linijos juda priešingomis kryptimis, ir dėl tokio susidūrimo magnetai ima atstumti vienas kitą.
Magnetų gamyba
Norint pagaminti magnetą, tereikia „nukreipti“ metalo magnetinius domenus viena kryptimi. Norėdami tai padaryti, turite įmagnetinti patį metalą. Dar kartą panagrinėkime atvejį su adata: jei magnetas nuolat judinamas viena kryptimi išilgai adatos, visų jo sričių (domenų) kryptis išlygiuojama. Tačiau magnetinius domenus galite suderinti kitais būdais, pavyzdžiui:Įdėkite metalą į stiprų magnetinį lauką šiaurės-pietų kryptimi. -- Perkelkite magnetą šiaurės-pietų kryptimi, nuolat smogdami į jį plaktuku, sulygiuodami jo magnetinius domenus. -- Praleiskite elektros srovę per magnetą.
Mokslininkai teigia, kad du iš šių metodų paaiškina, kaip gamtoje susidaro natūralūs magnetai. Kiti mokslininkai teigia, kad magnetinė geležies rūda tampa magnetu tik tada, kai į ją trenkia žaibas. Dar kiti mano, kad geležies rūda gamtoje Žemės formavimosi metu virto magnetu ir išliko iki šių dienų.
Šiandien labiausiai paplitęs magnetų gamybos būdas yra metalo patalpinimas į magnetinį lauką. Magnetinis laukas sukasi aplink nurodytą objektą ir pradeda derinti visas jo sritis. Tačiau šiuo metu vienas iš šių susijusių procesų, vadinamų histereze, gali vėluoti. Gali praeiti kelios minutės, kol domenai pakeis kryptį viena kryptimi. Štai kas vyksta šio proceso metu: Magnetiniai regionai pradeda suktis, išsirikiuodami palei šiaurės-pietų magnetinio lauko liniją.
Teritorijos, kurios jau orientuotos šiaurės-pietų kryptimi, tampa didesnės, o aplinkinės – mažesnės. Domeno sienos, ribos tarp gretimų domenų, palaipsniui plečiasi, todėl pats domenas auga. Labai stipriame magnetiniame lauke kai kurios domeno sienos visiškai išnyksta.
Pasirodo, magneto galia priklauso nuo jėgos kiekio, naudojamo keisti domenų kryptį. Magnetų stiprumas priklauso nuo to, kaip sunku buvo suderinti šiuos domenus. Medžiagos, kurias sunku įmagnetinti, išlaiko savo magnetiškumą ilgesnį laiką, o medžiagos, kurias lengva įmagnetinti, linkusios greitai išmagnetinti.
Galite sumažinti magneto stiprumą arba visiškai jį išmagnetinti, jei nukreipsite magnetinį lauką priešinga kryptimi. Taip pat galite išmagnetinti medžiagą, jei ją kaitinate iki Curie taško, t.y. feroelektrinės būsenos temperatūros riba, kuriai esant medžiaga pradeda prarasti magnetizmą. Aukšta temperatūra išmagnetina medžiagą ir sužadina magnetines daleles, sutrikdydama magnetinių sričių pusiausvyrą.
Magnetų transportavimas
Dideli, galingi magnetai naudojami daugelyje žmogaus veiklos sričių – nuo duomenų įrašymo iki srovės laidumo laidais. Tačiau pagrindinis sunkumas juos naudojant praktiškai yra magnetų transportavimas. Transportavimo metu magnetai gali pažeisti kitus objektus arba kiti objektai gali juos pažeisti, todėl juos sunku arba praktiškai neįmanoma naudoti. Be to, magnetai nuolat pritraukia įvairias feromagnetines šiukšles, kurių tuomet labai sunku, o kartais ir pavojinga atsikratyti.Todėl transportavimo metu labai dideli magnetai dedami į specialias dėžutes arba tiesiog transportuojamos feromagnetinės medžiagos, iš kurių naudojant specialią įrangą gaminami magnetai. Iš esmės tokia įranga yra paprastas elektromagnetas.
Kodėl magnetai „prilimpa“ vienas prie kito?
Tikriausiai iš fizikos pamokų žinote, kad kai elektros srovė praeina per laidą, ji sukuria magnetinį lauką. Nuolatiniuose magnetuose magnetinis laukas taip pat sukuriamas judant elektros krūviui. Bet magnetinis laukas magnetuose susidaro ne dėl srovės judėjimo per laidus, o dėl elektronų judėjimo.
Daugelis žmonių mano, kad elektronai yra mažos dalelės, kurios skrieja aplink atomo branduolį, kaip planetos, skriejančios aplink saulę. Tačiau, kaip aiškina kvantiniai fizikai, elektronų judėjimas yra daug sudėtingesnis. Pirma, elektronai užpildo apvalkalo formos atomo orbitales, kur jie elgiasi ir kaip dalelės, ir kaip bangos. Elektronai turi krūvį ir masę ir gali judėti įvairiomis kryptimis.
Ir nors atomo elektronai nejuda dideliais atstumais, tokio judėjimo pakanka, kad susidarytų mažytis magnetinis laukas. Ir kadangi suporuoti elektronai juda priešingomis kryptimis, jų magnetiniai laukai panaikina vienas kitą. Priešingai, feromagnetinių elementų atomuose elektronai nėra suporuoti ir juda viena kryptimi. Pavyzdžiui, geležis turi net keturis nesusijusius elektronus, kurie juda viena kryptimi. Kadangi jie neturi pasipriešinimo laukų, šie elektronai turi orbitinį magnetinį momentą. Magnetinis momentas yra vektorius, turintis savo dydį ir kryptį.
Metaluose, tokiuose kaip geležis, dėl orbitos magnetinio momento kaimyniniai atomai išsilygina išilgai šiaurės-pietų jėgos linijų. Geležis, kaip ir kitos feromagnetinės medžiagos, turi kristalinę struktūrą. Kai po liejimo proceso jie vėsta, kristalinėje struktūroje išsirikiuoja lygiagrečiai besisukančių orbitų atomų grupės. Taip susidaro magnetiniai domenai.
Galbūt pastebėjote, kad medžiagos, iš kurių gaminami geri magnetai, taip pat gali pritraukti magnetus. Taip atsitinka todėl, kad magnetai pritraukia medžiagas su nesuporuotais elektronais, kurie sukasi ta pačia kryptimi. Kitaip tariant, kokybė, kuri metalą paverčia magnetu, taip pat pritraukia metalą prie magnetų. Daugelis kitų elementų yra diamagnetiniai – jie pagaminti iš nesuporuotų atomų, kurie sukuria magnetinį lauką, kuris šiek tiek atstumia magnetą. Kai kurios medžiagos visiškai nesąveikauja su magnetais.
Magnetinio lauko matavimas
Magnetinį lauką galite išmatuoti naudodami specialius prietaisus, tokius kaip srauto matuoklis. Jį galima apibūdinti keliais būdais: - Magnetinio lauko linijos matuojamos weberiais (WB). Elektromagnetinėse sistemose šis srautas lyginamas su srove.
Lauko stiprumas arba srauto tankis matuojamas Tesla (T) arba Gauso vienetais (G). Viena Tesla lygi 10 000 Gausų.
Lauko stiprumas taip pat gali būti matuojamas weberiais kvadratiniame metre. -- Magnetinio lauko dydis matuojamas amperais vienam metrui arba oerstedais.
Mitai apie magnetą
Su magnetais dirbame visą dieną. Jų yra, pavyzdžiui, kompiuteriuose: kietasis diskas visą informaciją įrašo naudodamas magnetą, magnetai taip pat naudojami daugelyje kompiuterių monitorių. Magnetai taip pat yra neatskiriama katodinių spindulių vamzdžių televizorių, garsiakalbių, mikrofonų, generatorių, transformatorių, elektros variklių, kasečių juostų, kompasų ir automobilių spidometrų dalis. Magnetai turi nuostabių savybių. Jie gali sukelti srovę laiduose ir sukelti elektros variklio sukimąsi. Pakankamai stiprus magnetinis laukas gali pakelti smulkius daiktus ar net mažus gyvūnus. Magnetinės levitacijos traukiniai išvysto didelį greitį tik dėl magnetinio stūmimo. Anot žurnalo „Wired“, kai kurie žmonės net į pirštus įdeda mažyčius neodimio magnetus, kad aptiktų elektromagnetinius laukus.Magnetinio rezonanso tomografijos aparatai, veikiantys naudojant magnetinį lauką, leidžia gydytojams ištirti pacientų vidaus organus. Gydytojai taip pat naudoja elektromagnetinius impulsinius laukus, kad patikrintų, ar lūžę kaulai tinkamai sugyja po smūgio. Panašų elektromagnetinį lauką naudoja astronautai, kurie ilgą laiką praleidžia be gravitacijos, kad išvengtų raumenų patempimo ir kaulų lūžių.
Magnetai taip pat naudojami veterinarinėje praktikoje gyvūnams gydyti. Pavyzdžiui, karvės dažnai serga trauminiu retikuloperikarditu – sudėtinga šių gyvūnų liga, kuri dažnai kartu su pašaru praryja smulkius metalinius daiktus, kurie gali pažeisti gyvūno skrandžio sieneles, plaučius ar širdį. Todėl dažnai prieš šerdami karves patyrę ūkininkai magnetu nuvalo maistą nuo smulkių nevalgomų dalių. Tačiau jei karvė jau prarijo kenksmingų metalų, tada magnetas jai duodamas kartu su maistu. Ilgi ploni alniko magnetai, dar vadinami „karvės magnetais“, pritraukia visus metalus ir neleidžia jiems pakenkti karvės skrandžiui. Tokie magnetai tikrai padeda išgydyti sergantį gyvūną, tačiau vis tiek geriau užtikrinti, kad į karvės maistą nepatektų kenksmingų elementų. Žmonėms draudžiama ryti magnetus, nes patekę į skirtingas kūno dalis jie vis tiek bus pritraukti, o tai gali sukelti kraujotakos blokavimą ir minkštųjų audinių sunaikinimą. Todėl, kai žmogus praryja magnetą, jam reikia operacijos.
Kai kurie žmonės mano, kad magnetinė terapija yra medicinos ateitis, nes tai vienas iš paprasčiausių, tačiau veiksmingų daugelio ligų gydymo būdų. Daugelis žmonių jau įsitikino, kad magnetinis laukas veikia praktiškai. Magnetinės apyrankės, karoliai, pagalvės ir daugelis kitų panašių gaminių yra geriau nei tabletės gydant pačias įvairiausias ligas – nuo artrito iki vėžio. Kai kurie gydytojai taip pat mano, kad stiklinė įmagnetinto vandens kaip prevencinė priemonė gali pašalinti daugumą nemalonių negalavimų. Amerikoje magneto terapijai kasmet išleidžiama apie 500 milijonų dolerių, o visame pasaulyje žmonės tokiam gydymui išleidžia vidutiniškai 5 milijardus dolerių.
Magnetinės terapijos šalininkai skirtingai interpretuoja šio gydymo metodo naudingumą. Kai kas sako, kad magnetas gali pritraukti geležį, esančią hemoglobino kraujyje, taip pagerindamas kraujotaką. Kiti teigia, kad magnetinis laukas kažkaip keičia kaimyninių ląstelių struktūrą. Tačiau tuo pat metu moksliniai tyrimai nepatvirtino, kad statinių magnetų naudojimas gali atleisti žmogų nuo skausmo ar išgydyti ligą.
Kai kurie šalininkai taip pat siūlo, kad visi žmonės naudotų magnetus vandeniui valyti savo namuose. Kaip sako patys gamintojai, dideli magnetai gali išvalyti kietą vandenį, pašalindami iš jo visus kenksmingus feromagnetinius lydinius. Tačiau mokslininkai teigia, kad vandenį kietina ne feromagnetai. Be to, dveji metai magnetų naudojimo praktiškai neparodė jokių vandens sudėties pokyčių.
Tačiau nors magnetai vargu ar turės gydomojo poveikio, juos vis tiek verta studijuoti. Kas žino, galbūt ateityje atrasime naudingų magnetų savybių.
Magnetas turi milijonus dalelių, turinčių nedidelę magnetinę jėgą. Šios dalelės, išsidėsčiusios tam tikra tvarka, sukuria vienakryptę jėgą, kuri gali pritraukti arba atstumti tam tikrus metalus, kurie yra pasiekiami magneto ar magnetinio lauko.
Tik keliuose metaluose, pavyzdžiui, geležyje, yra magnetinių dalelių. Geležyje šias daleles galima nesunkiai išdėstyti norima tvarka, taip sukuriant magnetą. Jei smogsite plaktuku, bus sutrikdyta magnetinių dalelių „struktūra“, geležis praras magnetinę jėgą, tai yra, išsimagnetins.
Dalelės geležies magneto viduje
Išmagnetintos dalelės
Nagai pritraukiami magnetu
Kaip veikia sąvartyno magnetas?
Galingi magnetai, kuriuos galima įjungti ir išjungti, naudojami sąvartynuose sunkiems metaliniams daiktams gabenti. Šie magnetai, vadinami elektromagnetais, veikia elektros srove, tekančia per laidą, kad sukurtų magnetinį lauką. Šis reiškinys vadinamas elektromagnetizmu. Daugelis mašinų, veikiančių gamyklose ir jūsų namuose, veikia tuo pačiu principu.
Norėdami pagaminti elektromagnetą, tiesiog apvyniokite elektros laidą aplink lengvai įmagnetinamo metalo bloką, pavyzdžiui, geležį. Praleidus elektros srovę, metalinio strypo ir aplink jį apvyniotos vielos magnetizmas susijungia, sukuriant galingą magnetinį lauką.
Taigi, kai sąvartyno magneto operatorius nori pakelti nuo žemės metalo gabalą, jis įjungia srovę. Tada operatorius pajudina pakabinamą milžinišką magnetą ir perkelia krovinį. Norėdami sumažinti apkrovą, operatorius išjungia srovę, o metalo gabalas nukrenta ant žemės.
Kaip veikia elektros variklis?
Jei į magnetinio lauko vidų įdedama vielos ritė ir per ją praleidžiama elektros srovė, ritę supantis magnetinis laukas ją pritrauks ir sukasi. Vielos ritės sukimosi judėjimas gali būti perduodamas mašinai, tai yra, jis gali būti paleistas. Toks prietaisas vadinamas elektros varikliu. Elektriniai varikliai naudojami daugelyje prietaisų, tokių kaip, pavyzdžiui, elektriniame ventiliatoriuje ar maišytuve.
Staigus išorinio magnetinio lauko padidėjimas – pavyzdžiui, magnetinės audros metu – neigiamai veikia savijautą. Tačiau daug blogiau, kaip rodo tyrimai, lėtinis magnetinio lauko trūkumas.
Šį sindromą pirmasis ištyrė japonų mokslininkas Nakagawa. Pagrindinės jo apraiškos yra silpnumas, nuovargis, sumažėjęs darbingumas, miego sutrikimai, galvos skausmai, stuburo skausmai, širdies ir kraujagyslių sistemos patologijos, hipertenzija, virškinimo sutrikimai, ginekologinės disfunkcijos ir kt.
Taigi pirmiesiems, grįžusiems į Žemę, buvo diagnozuota osteoporozė. Kai tik kosmose buvo pradėti naudoti dirbtiniai magnetiniai laukai, tokie reiškiniai praktiškai išnyko.
Daug istorijos
Magnetai buvo naudojami medicininiais tikslais Kinijoje dar XX amžiuje prieš Kristų. Avicena magnetu gydė kepenų ir blužnies ligas. Paracelsas naudojo magnetus kraujavimui ir lūžiams gydyti. Jie sako, kad Kleopatra nešiojo magnetinę apyrankę, kad išsaugotų savo jaunystę. Magnetinę terapiją taip pat taikė karalienės Elžbietos I asmeninis gydytojas Williamas Gilbertas ir garsus XVIII amžiaus gydytojas Franzas Mesmeris lėtiniams skausmams, pilvo diegliams, podagrai ir psichikos sutrikimams gydyti.
Šiuolaikinis požiūris
Rusijoje magnetoterapijos gydymo metodai pripažįstami medicininiais. Magnetinė terapija šiandien yra medicinos sritis, kuri naudoja magnetinio lauko įtaką ligoms gydyti. Medicinos įstaigose yra daug magnetinių savybių turinčių prietaisų. Priklausomai nuo tikslų ir uždavinių, žmogus gydymo tikslais veikiamas skirtingų magnetinių laukų: pastovių, kintamų, pulsuojančių, besisukančių.
Taikymo sritis
Magnetinis laukas veikia slopinimo procesus nugaros smegenyse ir smegenyse. Praeina galvos skausmai, depresija, pagerėja audinių aprūpinimas deguonimi, pagerėja visų organų veikla.
Jautriausi magnetiniam laukui yra kraujas, nervų ir endokrininės sistemos, širdis ir kraujagyslės. Magnetoterapija gerina kraujagyslių elastingumą, padidina kraujotakos greitį ir plečia kapiliarų sistemą. Normalizuojasi miegas ir bendra savijauta.
Magnetinė terapija naudojama raumenų ir kaulų sistemos ligoms (ypač artritui) gydyti. Greičiau palengvėja uždegiminis ir skausmo sindromas, sumažėja patinimas, atstatomas judrumas. Šis metodas taip pat gali būti naudojamas. Magnetinė terapija aktyviai naudojama žaizdoms gydyti. Tai taip pat padeda nuo migrenos, galvos skausmo, nuovargio ir depresijos.
Masinė rinka
Magnetiniai papuošalai sujungia grožį ir sveikatą. Jis turi nuolatinį gydomąjį poveikį visam kūnui.
Yra žmogaus kūno vietų, kuriose magnetai veikia efektyviausiai – tai riešai, kaklas ir pėdos.
Taip pat populiarus yra magnetinio krūvio struktūrinis vanduo. Gydo organizmą, šalina toksinus,... Jį galite paruošti patys naudodami magnetinę lazdelę.
Kontraindikacijos
Savarankiškas gydymas magnetais gali sukelti neigiamas organizmo reakcijas. Stebėkite savo sveikatą ir būtinai kreipkitės į gydytoją, juolab kad gydymas magnetais tinka ne visiems. Juk kiekvieno žmogaus organizmas yra individualus.
Magnetas
Magnetai, pavyzdžiui, žaislai, priklijuoti prie šaldytuvo namuose, ar pasagos, kurios jums buvo rodomos mokykloje, turi keletą neįprastų savybių. Visų pirma, magnetus traukia geležiniai ir plieniniai daiktai, pavyzdžiui, šaldytuvo durys. Be to, jie turi stulpus.
Priartinkite du magnetus vienas prie kito. Vieno magneto pietinis polius bus pritrauktas prie kito magneto šiaurinio poliaus. Vieno magneto šiaurinis polius atstumia kito šiaurinį polių.
Magnetinė ir elektros srovė
Magnetinį lauką sukuria elektros srovė, tai yra judantys elektronai. Aplink atomo branduolį judantys elektronai turi neigiamą krūvį. Krūmų kryptingas judėjimas iš vienos vietos į kitą vadinamas elektros srove. Elektros srovė aplink save sukuria magnetinį lauką.
Šis laukas savo jėgos linijomis tarsi kilpa dengia elektros srovės kelią, tarsi arka, kuri stovi virš kelio. Pavyzdžiui, kai įjungiama stalinė lempa ir variniais laidais teka srovė, tai yra, elektronai laide šokinėja nuo atomo prie atomo ir aplink laidą susidaro silpnas magnetinis laukas. Aukštos įtampos perdavimo linijose srovė yra daug stipresnė nei stalinėje lempoje, todėl aplink tokių linijų laidus susidaro labai stiprus magnetinis laukas. Taigi elektra ir magnetizmas yra dvi tos pačios monetos pusės – elektromagnetizmas.
Susijusios medžiagos:
Kodėl yra vaivorykštė?
Elektronų judėjimas ir magnetinis laukas
Elektronų judėjimas kiekviename atome sukuria mažą magnetinį lauką aplink jį. Orbita judantis elektronas sudaro į sūkurį panašų magnetinį lauką. Bet didžiąją dalį magnetinio lauko sukuria ne elektrono judėjimas orbitoje aplink branduolį, o atomo judėjimas aplink savo ašį, vadinamasis elektrono sukinys. Sukas apibūdina elektrono sukimąsi aplink ašį, kaip ir planetos judėjimą aplink savo ašį.
Kodėl medžiagos yra magnetinės, o ne magnetinės
Daugumoje medžiagų, pavyzdžiui, plastikų, atskirų atomų magnetiniai laukai yra atsitiktinai orientuoti ir panaikina vienas kitą. Tačiau tokiose medžiagose kaip geležis atomai gali būti orientuoti taip, kad jų magnetiniai laukai sudėtų, taigi plieno gabalas įmagnetinamas. Atomai medžiagose yra sujungti į grupes, vadinamas magnetiniais domenais. Vieno atskiro domeno magnetiniai laukai yra orientuoti viena kryptimi. Tai yra, kiekvienas domenas yra mažas magnetas.
