Ikviens jau sen ir pieradis pie tāda objekta kā magnēts. Mēs tajā neko īpašu nesaskatām. Mēs to parasti saistām ar fizikas stundām vai demonstrējumu magnēta īpašību triku veidā pirmsskolas vecuma bērniem. Un reti kurš aizdomājas par to, cik daudz magnētu mūs ieskauj ikdienā. Jebkurā dzīvoklī to ir desmitiem. Katra skaļruņa, magnetofona, elektriskā skuvekļa, pulksteņa ierīcē atrodas magnēts. Pat naglu burka ir viena.
Un kas vēl?
Mēs – cilvēki – neesam izņēmums. Pateicoties ķermenī plūstošajām biostrāvām, mums apkārt ir neredzams tā spēka līniju modelis. Zeme ir milzīgs magnēts. Un vēl grandiozāks – saules plazmas bumba. Cilvēka prātam neaptveramie galaktiku un miglāju izmēri reti pieļauj domu, ka tie visi ir arī magnēti.
Mūsdienu zinātne prasa radīt jaunus lielus un superjaudīgus magnētus, kuru pielietošanas jomas ir saistītas ar kodolsintēzi, elektriskās enerģijas ražošanu, lādētu daļiņu paātrināšanu sinhrotronos, nogrimušu kuģu celšanu. Izveidojiet īpaši spēcīgu lauku, izmantojot magnētiskās īpašībasmagnēts ir viena no mūsdienu fizikas problēmām.
Precizējiet jēdzienus
Magnētiskais lauks ir spēks, kas iedarbojas uz kustībā esošiem ķermeņiem ar lādiņu. Tas "nedarbojas" ar nekustīgiem objektiem (vai bez lādiņa) un kalpo kā elektromagnētiskā lauka forma, kas pastāv kā vispārīgāks jēdziens.
Ja ķermeņi var radīt ap sevi magnētisko lauku un paši izjust tā ietekmes spēku, tos sauc par magnētiem. Tas ir, šie objekti ir magnetizēti (tam ir atbilstošs moments).
Dažādi materiāli atšķirīgi reaģē uz ārējo lauku. Tos, kas vājina tā darbību sevī, sauc par paramagnētiem, un tos, kas to stiprina, sauc par diamagnētiem. Atsevišķiem materiāliem piemīt īpašība pastiprināt ārējo magnētisko lauku tūkstoškārtīgi. Tie ir feromagnēti (kob alts, niķelis ar dzelzi, gadolīnijs, kā arī minēto metālu savienojumi un sakausējumi). Tos, kuri, nonākot spēcīga ārējā lauka ietekmē, paši iegūst magnētiskas īpašības, sauc par cietajiem magnētiskajiem. Citi, kas spēj uzvesties kā magnēti tikai tiešā lauka ietekmē un pārstāj būt līdz ar tā izzušanu, ir maigi magnētiski.
Mazliet vēstures
Cilvēki ir pētījuši pastāvīgo magnētu īpašības kopš ļoti, ļoti seniem laikiem. Tie ir minēti senās Grieķijas zinātnieku rakstos jau 600 gadus pirms mūsu ēras. Magnētiskās rūdas atradnēs var atrast dabiskos (dabiskas izcelsmes) magnētus. Slavenākais no lielajiem dabiskajiem magnētiem glabājas Tartuuniversitāte. Tas sver 13 kilogramus, un slodze, ko var pacelt ar tā palīdzību, ir 40 kg.
Cilvēce ir iemācījusies radīt mākslīgos magnētus, izmantojot dažādus feromagnētus. Pulvera (no kob alta, dzelzs utt.) vērtība slēpjas spējā noturēt kravu, kas sver 5000 reižu par paša svaru. Mākslīgie paraugi var būt pastāvīgi (iegūti no cietiem magnētiskiem materiāliem) vai elektromagnēti ar serdi, kura materiāls ir mīksts magnētiskais dzelzs. Sprieguma lauks tajos rodas, pateicoties elektriskās strāvas pārejai pa tinuma vadiem, ko ieskauj serde.
Pirmā nopietnā grāmata, kurā bija mēģinājumi zinātniski izpētīt magnēta īpašības, bija Londonas ārsta Gilberta darbs, kas publicēts 1600. gadā. Šis darbs satur tobrīd pieejamās informācijas kopumu par magnētismu un elektrību, kā arī autora eksperimentiem.
Cilvēks mēģina jebkuru no esošajām parādībām pielāgot praktiskajai dzīvei. Protams, magnēts nebija izņēmums.
Kā tiek izmantoti magnēti
Kādas magnēta īpašības cilvēce ir pārņēmusi? Tās darbības joma ir tik plaša, ka mēs varam tikai īsi pieskarties šī brīnišķīgā vienuma galvenajām, slavenākajām ierīcēm un lietojumiem.
Kompass ir labi pazīstama ierīce virzienu noteikšanai uz zemes. Pateicoties viņam, tie paver ceļu lidmašīnām un kuģiem, sauszemes transportam un gājēju satiksmes mērķiem. Šīsierīces var būt magnētiskas (rādītāja veids), ko izmanto tūristi un topogrāfi, vai nemagnētiskas (radio un hidrokompasi).
Pirmie kompasi no dabīgiem magnētiem tika izgatavoti 11. gadsimtā un izmantoti navigācijā. To darbība balstās uz garas adatas, kas izgatavota no magnētiska materiāla, brīvu griešanos horizontālā plaknē, kas līdzsvarota uz ass. Viens no tā galiem vienmēr ir vērsts uz dienvidiem, otrs - uz ziemeļiem. Tādējādi jūs vienmēr varat precīzi uzzināt galvenos virzienus attiecībā uz galvenajiem punktiem.
Galvenās sfēras
Lauki, kur magnēta īpašības ir atradušas savu galveno pielietojumu - radio un elektrotehnika, instrumentācija, automatizācija un telemehānika. No feromagnētiskiem materiāliem iegūst relejus, magnētiskās ķēdes u.c.. 1820. gadā tika atklāta strāvu nesoša vadītāja īpašība iedarboties uz magnēta adatu, liekot tai griezties. Tajā pašā laikā tika veikts vēl viens atklājums - paralēlu vadītāju pārim, caur kuriem iet viena virziena strāva, ir savstarpējas pievilkšanās īpašība.
Tā dēļ tika izdarīts pieņēmums par magnēta īpašību cēloni. Visas šādas parādības rodas saistībā ar strāvām, tostarp tām, kas cirkulē magnētiskos materiālos. Mūsdienu idejas zinātnē pilnībā atbilst šim pieņēmumam.
Par dzinējiem un ģeneratoriem
Uz tā pamata ir radīti daudzi elektromotoru un elektrisko ģeneratoru varianti, tas ir, rotācijas tipa mašīnas, kuru darbības princips ir balstīts uz mehāniskās enerģijas pārvēršanu elektroenerģijā (runamēs runājam par ģeneratoriem) vai no elektriskiem līdz mehāniskiem (par dzinējiem). Jebkurš ģenerators darbojas pēc elektromagnētiskās indukcijas principa, tas ir, EMF (elektromotīves spēks) rodas vadā, kas pārvietojas magnētiskajā laukā. Elektromotors darbojas, pamatojoties uz spēka rašanās fenomenu vadā ar strāvu, kas novietota šķērslaukā.
Izmantojot lauka mijiedarbības stiprumu ar strāvu, kas iet cauri to kustīgo daļu tinumu pagriezieniem, ierīces, ko sauc par magnetoelektrisko darbu. Indukcijas elektrības skaitītājs darbojas kā jauns jaudīgs maiņstrāvas motors ar diviem tinumiem. Vadošais disks, kas atrodas starp tinumiem, tiek griezts ar griezes momentu, kas ir proporcionāls ievadītajai jaudai.
Un ikdienā?
Elektriskie rokas pulksteņi, kurus darbina miniatūra baterija, ir pazīstami ikvienam. Viņu ierīce, pateicoties magnētu pāra, induktoru pāra un tranzistora izmantošanai, pieejamo detaļu skaita ziņā ir daudz vienkāršāka nekā mehāniskie pulksteņi.
Arvien biežāk tiek izmantotas elektromagnētiskā tipa slēdzenes jeb cilindriskās slēdzenes, kas aprīkotas ar magnētiskiem elementiem. Tajos gan atslēga, gan slēdzene ir aprīkotas ar kombinēto komplektu. Kad slēdzenē labi iekļūst pareizā atslēga, magnētiskās slēdzenes iekšējie elementi tiek piesaistīti vēlamajā pozīcijā, kas ļauj to atvērt.
Dinamometru un galvanometra (ļoti jutīga ierīce, ar kuru mēra vājas strāvas) ierīce ir balstīta uz magnētu darbību. Magnēta īpašības ir atradušas pielietojumu abrazīvu ražošanā. Tātadsauc par asām mazām un ļoti cietām daļiņām, kas nepieciešamas dažādu priekšmetu un materiālu mehāniskai apstrādei (slīpēšanai, pulēšanai, raupjai). To ražošanas laikā ferosilīcijs, kas ir nepieciešams maisījuma sastāvā, daļēji nogulsnējas uz krāšņu dibena un daļēji tiek ievadīts abrazīvā sastāvā. Lai to noņemtu no turienes, ir nepieciešami magnēti.
Zinātne un komunikācijas
Pateicoties vielu magnētiskajām īpašībām, zinātnei ir iespēja pētīt dažādu ķermeņu uzbūvi. Var minēt tikai magnetoķīmiju vai magnētisko defektu noteikšanu (defektu noteikšanas metode, pētot magnētiskā lauka kropļojumus noteiktos izstrādājumu apgabalos).
Tos izmanto arī mikroviļņu iekārtu, radiosakaru sistēmu (militārās un komerciālās līnijas) ražošanā, termiskajā apstrādē gan mājas apstākļos, gan pārtikas rūpniecībā (mikroviļņu krāsnis ir labi zināmas visiem). Ir gandrīz neiespējami viena raksta ietvaros uzskaitīt visas sarežģītākās tehniskās ierīces un lietojumus, kuros mūsdienās tiek izmantotas vielu magnētiskās īpašības.
Medicīnas nozare
Diagnostikas un medicīniskās terapijas joma nebija izņēmums. Pateicoties elektronu lineārajiem paātrinātājiem, kas ģenerē rentgena starus, tiek veikta audzēju terapija, protonu stari tiek ģenerēti ciklotronos vai sinhrotronos, kam ir priekšrocības salīdzinājumā ar rentgena stariem lokālā virziena ziņā un paaugstināta efektivitāte acu un smadzeņu audzēju ārstēšanā.
Kas attiecas uz bioloģiskozinātne, pat pirms pagājušā gadsimta vidus ķermeņa dzīvībai svarīgās funkcijas nekādā veidā nebija saistītas ar magnētisko lauku esamību. Zinātniskā literatūra laiku pa laikam tika papildināta ar atsevišķiem ziņojumiem par vienu vai otru to medicīnisko iedarbību. Taču kopš sešdesmitajiem gadiem publikācijas par magnēta bioloģiskajām īpašībām ir bijušas lavīnas.
Toreiz un tagad
Tomēr mēģinājumus ar to ārstēt cilvēkus alķīmiķi veica jau 16. gadsimtā. Ir bijuši daudzi veiksmīgi mēģinājumi izārstēt zobu sāpes, nervu traucējumus, bezmiegu un daudzas problēmas ar iekšējiem orgāniem. Šķiet, ka magnēts savu pielietojumu medicīnā atrada ne vēlāk kā navigācijā.
Pēdējā pusgadsimta laikā magnētiskās rokassprādzes ir plaši izmantotas, un tās ir iecienītas pacientiem ar pazeminātu asinsspiedienu. Zinātnieki nopietni ticēja magnēta spējai palielināt cilvēka ķermeņa pretestību. Ar elektromagnētisko ierīču palīdzību mācījās izmērīt asinsrites ātrumu, ņemt paraugus vai no kapsulām ievadīt nepieciešamos medikamentus.
Magnēts noņem mazas metāla daļiņas, kas iekritušas acī. Elektrisko sensoru darbība balstās uz to darbību (jebkurš no mums ir pazīstams ar elektrokardiogrammas uzņemšanas procedūru). Mūsdienās ciešāka un nepieciešamāka kļūst fiziķu sadarbība ar biologiem, lai pētītu magnētiskā lauka ietekmes uz cilvēka ķermeni pamatā esošos mehānismus.
Neodīma magnēts: īpašības un pielietojums
Tiek uzskatīts, ka neodīma magnēti maksimāli ietekmē cilvēka veselību. Tie sastāv noneodīms, dzelzs un bors. To ķīmiskā formula ir NdFeB. Šāda magnēta galvenā priekšrocība ir tā lauka spēcīgais efekts ar salīdzinoši mazu izmēru. Tātad magnēta svars ar 200 gausu spēku ir aptuveni 1 g. Salīdzinājumam, vienāda stipruma dzelzs magnēta svars ir aptuveni 10 reizes lielāks.
Vēl viena neapšaubāma minēto magnētu priekšrocība ir laba stabilitāte un spēja saglabāt vēlamās īpašības simtiem gadu. Gadsimta laikā magnēts zaudē savas īpašības tikai par 1%.
Kā tieši tiek apstrādāti neodīma magnēti?
Uzlabo asinsriti, stabilizē asinsspiedienu, cīnās ar migrēnu.
Neodīma magnētu īpašības sāka izmantot ārstēšanai apmēram pirms 2000 gadiem. Pieminējums par šāda veida terapiju ir atrodams senās Ķīnas manuskriptos. Pēc tam ārstēšana tika veikta, uz cilvēka ķermeņa uzklājot magnetizētus akmeņus.
Terapija pastāvēja arī to piestiprināšanas veidā pie ķermeņa. Leģenda vēsta, ka Kleopatra savu lielisko veselību un neparasto skaistumu ir parādā pastāvīgai magnētiskā pārsēja nēsāšanai galvā. 10. gadsimtā persiešu zinātnieki sīki aprakstīja neodīma magnētu īpašību labvēlīgo ietekmi uz cilvēka ķermeni iekaisuma un muskuļu spazmu likvidēšanas gadījumā. Pēc tā laika saglabājušās liecības var spriest par to izmantošanu muskuļu spēka, kaulu spēka palielināšanai un locītavu sāpju mazināšanai.
No visām kaitēm…
Pierādījumi par šādas ietekmes efektivitāti tika publicēti 1530. gadāgadā slavenais Šveices ārsts Paracelzs. Savos rakstos ārsts aprakstīja magnēta maģiskās īpašības, kas var stimulēt ķermeņa spēkus un izraisīt pašatveseļošanos. Milzīgs skaits slimību tajos laikos sāka pārvarēt, izmantojot magnētu.
Pašārstēšanās ar šī līdzekļa palīdzību kļuva plaši izplatīta ASV pēckara gados (1861-1865), kad medikamentu kategoriski trūka. Izmantoja gan kā zāles, gan kā pretsāpju līdzekli.
Kopš 20. gadsimta magnēta ārstnieciskās īpašības ir saņēmušas zinātnisku pamatojumu. 1976. gadā japāņu ārsts Nikagava ieviesa magnētiskā lauka deficīta sindroma jēdzienu. Pētījumi ir atklājuši precīzus tā simptomus. Tie sastāv no vājuma, noguruma, samazinātas veiktspējas un miega traucējumiem. Ir arī migrēnas, locītavu un mugurkaula sāpes, problēmas ar gremošanas un sirds un asinsvadu sistēmu hipotensijas vai hipertensijas veidā. Tas attiecas uz sindromu un ginekoloģijas jomu, un ādas izmaiņām. Izmantojot magnetoterapiju, šos apstākļus var diezgan veiksmīgi normalizēt.
Zinātne nestāv uz vietas
Zinātnieki turpina eksperimentēt ar magnētiskajiem laukiem. Eksperimenti tiek veikti gan ar dzīvniekiem un putniem, gan ar baktērijām. Vājināta magnētiskā lauka apstākļi samazina vielmaiņas procesu panākumus eksperimentālajiem putniem un pelēm, baktērijas pēkšņi pārtrauc vairoties. Ar ilgstošu lauka deficītu dzīvajos audos notiek neatgriezeniskas izmaiņas.
Tas ir, lai apkarotu visas šādas parādības un ko izraisaMagnetoterapiju kā tādu viņi izmanto ar daudzām negatīvām sekām. Šķiet, ka šobrīd visas magnētu derīgās īpašības vēl nav pietiekami izpētītas. Ārstus gaida daudz interesantu atklājumu un jaunu notikumu.
