Iedereen is al lang gewend aan zo'n object als een magneet. We zien er niets bijzonders in. We associëren het meestal met natuurkundelessen of een demonstratie in de vorm van trucjes van de eigenschappen van een magneet voor kleuters. En zelden denkt iemand na over hoeveel magneten ons in het dagelijks leven omringen. Er zijn er tientallen in elk appartement. Een magneet is aanwezig in het apparaat van elke luidspreker, bandrecorder, elektrisch scheerapparaat, horloge. Zelfs een pot spijkers is er één.
En wat nog meer?
Wij - de mensen - zijn geen uitzondering. Dankzij de biostromen die in het lichaam stromen, is er een onzichtbaar patroon van zijn krachtlijnen om ons heen. De aarde is een enorme magneet. En nog grandiozer - de plasmabal van de zon. De afmetingen van sterrenstelsels en nevels, onbegrijpelijk voor de menselijke geest, laten zelden het idee toe dat dit allemaal ook magneten zijn.
De moderne wetenschap vereist de creatie van nieuwe grote en superkrachtige magneten, waarvan de toepassingsgebieden verband houden met thermonucleaire fusie, het opwekken van elektrische energie, het versnellen van geladen deeltjes in synchrotrons, het optillen van gezonken schepen. Creëer een supersterk veld met behulp van magnetische eigenschappenmagneet is een van de problemen van de moderne natuurkunde.
Concepten verduidelijken
Een magnetisch veld is een kracht die inwerkt op lichamen met een lading die in beweging zijn. Het "werkt niet" met stationaire objecten (of zonder lading) en dient als een vorm van elektromagnetisch veld, dat bestaat als een meer algemeen concept.
Als lichamen een magnetisch veld om zich heen kunnen creëren en zelf de kracht van zijn invloed kunnen ervaren, worden ze magneten genoemd. Dat wil zeggen, deze objecten zijn gemagnetiseerd (hebben het bijbehorende moment).
Verschillende materialen reageren anders op een extern veld. Degenen die de werking ervan in zichzelf verzwakken, worden paramagneten genoemd en degenen die deze versterken, worden diamagneten genoemd. Individuele materialen hebben de eigenschap een extern magnetisch veld duizendvoudig te versterken. Dit zijn ferromagneten (kob alt, nikkel met ijzer, gadolinium, evenals verbindingen en legeringen van de genoemde metalen). Degenen onder hen die, onder invloed van een sterk extern veld gevallen, zelf magnetische eigenschappen verwerven, worden hardmagnetisch genoemd. Anderen, die zich alleen als magneten kunnen gedragen onder directe invloed van het veld en dat niet meer zijn als het verdwijnt, zijn zachtmagnetisch.
Een beetje geschiedenis
Mensen bestuderen de eigenschappen van permanente magneten al sinds heel, heel oude tijden. Ze worden al in 600 jaar voor Christus genoemd in de geschriften van wetenschappers van het oude Griekenland. Natuurlijke (van natuurlijke oorsprong) magneten zijn te vinden in afzettingen van magnetisch erts. De beroemdste van de grote natuurlijke magneten wordt bewaard in TartuUniversiteit. Hij weegt 13 kilogram en de last die met zijn hulp kan worden gehesen is 40 kg.
De mensheid heeft geleerd kunstmatige magneten te maken met behulp van verschillende ferromagneten. De waarde van poeder (van kob alt, ijzer, enz.) ligt in het vermogen om een lading te dragen die 5000 keer zijn eigen gewicht weegt. Kunstmatige exemplaren kunnen permanent zijn (verkregen uit harde magnetische materialen) of elektromagneten met een kern waarvan het materiaal zacht magnetisch ijzer is. Het spanningsveld daarin ontstaat door de doorgang van elektrische stroom door de draden van de wikkeling, die wordt omgeven door de kern.
Het eerste serieuze boek met pogingen om de eigenschappen van een magneet wetenschappelijk te bestuderen, was het werk van de Londense arts Gilbert, gepubliceerd in 1600. Dit werk bevat alle informatie die destijds beschikbaar was met betrekking tot magnetisme en elektriciteit, evenals de experimenten van de auteur.
Een persoon probeert een van de bestaande fenomenen aan te passen aan het praktische leven. Natuurlijk was de magneet geen uitzondering.
Hoe magneten worden gebruikt
Welke eigenschappen van de magneet heeft de mensheid aangenomen? De reikwijdte is zo breed dat we slechts kort de belangrijkste, meest bekende apparaten en toepassingen van dit prachtige item kunnen bespreken.
Kompas is een bekend apparaat om richtingen op de grond te bepalen. Dankzij hem effenen ze de weg voor doelen voor vliegtuigen en schepen, landtransport en voetgangers. Dezeapparaten kunnen magnetisch zijn (aanwijzertype), gebruikt door toeristen en topografen, of niet-magnetisch (radio- en hydrokompassen).
De eerste kompassen van natuurlijke magneten werden in de 11e eeuw gemaakt en in de navigatie gebruikt. Hun actie is gebaseerd op de vrije rotatie in het horizontale vlak van een lange naald gemaakt van magnetisch materiaal, uitgebalanceerd op de as. Een van de uiteinden is altijd op het zuiden gericht, de andere op het noorden. Zo kunt u altijd nauwkeurig de hoofdrichtingen met betrekking tot de windstreken vinden.
Hoofdsferen
Velden waar de eigenschappen van de magneet hun belangrijkste toepassing hebben gevonden - radio- en elektrotechniek, instrumentatie, automatisering en telemechanica. Relais, magnetische circuits, enz. Worden verkregen uit ferromagnetische materialen. In 1820 werd de eigenschap ontdekt van een stroomvoerende geleider om op de magneetnaald in te werken, waardoor deze gedwongen werd te draaien. Tegelijkertijd werd een andere ontdekking gedaan: een paar parallelle geleiders waar stroom van dezelfde richting doorheen gaat, heeft de eigenschap van wederzijdse aantrekkingskracht.
Hierdoor is een aanname gedaan over de oorzaak van de eigenschappen van de magneet. Al dergelijke verschijnselen treden op in verband met stromen, ook die welke in magnetische materialen circuleren. Moderne ideeën in de wetenschap zijn volledig in overeenstemming met deze veronderstelling.
Over motoren en generatoren
Op basis hiervan zijn veel soorten elektromotoren en elektrische generatoren gemaakt, dat wil zeggen machines van het roterende type, waarvan het werkingsprincipe is gebaseerd op de omzetting van mechanische energie in elektrische energie (toespraakwe hebben het over generatoren) of elektrisch naar mechanisch (over motoren). Elke generator werkt volgens het principe van elektromagnetische inductie, dat wil zeggen dat EMF (elektromotorische kracht) optreedt in een draad die in een magnetisch veld beweegt. De elektromotor werkt op basis van het fenomeen van het optreden van kracht in een draad met stroom die in een dwarsveld wordt geplaatst.
Gebruikmakend van de sterkte van de interactie van het veld met de stroom die door de windingen van de wikkeling van hun bewegende delen gaat, apparaten die magneto-elektrisch werk worden genoemd. Een inductie-elektriciteitsmeter fungeert als een nieuwe krachtige AC-motor met twee wikkelingen. De geleidende schijf die zich tussen de wikkelingen bevindt, wordt onderworpen aan rotatie door een koppel dat evenredig is aan het opgenomen vermogen.
En in het dagelijks leven?
Aangedreven door een miniatuurbatterij, zijn elektrische polshorloges voor iedereen bekend. Hun apparaat is, dankzij het gebruik van een paar magneten, een paar inductoren en een transistor, veel eenvoudiger in termen van het aantal beschikbare onderdelen dan mechanische horloges.
Elektromagnetische sloten of cilindersloten uitgerust met magnetische elementen worden steeds vaker gebruikt. Hierin zijn zowel de sleutel als het slot voorzien van een combinatieset. Wanneer de juiste sleutel goed in het slot gaat, worden de interne elementen van het magnetische slot naar de gewenste positie getrokken, waardoor het kan worden geopend.
Het apparaat van dynamometers en een galvanometer (een zeer gevoelig apparaat waarmee zwakke stromen worden gemeten) is gebaseerd op de werking van magneten. De eigenschappen van de magneet zijn toegepast bij de vervaardiging van schuurmiddelen. Duszogenaamde scherpe kleine en zeer harde deeltjes die nodig zijn voor mechanische bewerking (slijpen, polijsten, opruwen) van een verscheidenheid aan objecten en materialen. Tijdens hun productie bezinkt ferrosilicium, dat nodig is in de samenstelling van het mengsel, gedeeltelijk naar de bodem van de ovens en wordt het gedeeltelijk in de samenstelling van het schuurmiddel gebracht. Magneten zijn nodig om het daar te verwijderen.
Wetenschap en communicatie
Door de magnetische eigenschappen van stoffen heeft de wetenschap het vermogen om de structuur van verschillende lichamen te bestuderen. We kunnen alleen maar noemen magnetochemie of magnetische foutdetectie (methode om defecten te detecteren door de vervorming van het magnetische veld in bepaalde gebieden van producten te bestuderen).
Ze worden ook gebruikt bij de productie van microgolfapparatuur, radiocommunicatiesystemen (militaire en commerciële lijnen), warmtebehandeling, zowel thuis als in de voedingsindustrie (magnetrons zijn bij iedereen bekend). Het is bijna onmogelijk om in één artikel alle meest complexe technische apparaten en toepassingen op te sommen waarin de magnetische eigenschappen van stoffen worden gebruikt.
Medisch gebied
Het gebied van diagnostiek en medische therapie was geen uitzondering. Dankzij lineaire elektronenversnellers die röntgenstralen genereren, wordt tumortherapie uitgevoerd, worden protonenbundels gegenereerd in cyclotrons of synchrotrons, die voordelen hebben ten opzichte van röntgenstralen wat betreft lokale directionaliteit en verhoogde efficiëntie bij de behandeling van oog- en hersentumoren.
Wat betreft het biologischewetenschap, zelfs vóór het midden van de vorige eeuw waren de vitale functies van het lichaam op geen enkele manier geassocieerd met het bestaan van magnetische velden. De wetenschappelijke literatuur werd af en toe aangevuld met enkele berichten over een of ander van hun medische effecten. Maar sinds de jaren zestig zijn publicaties over de biologische eigenschappen van de magneet een lawine.
Toen en nu
Er werden echter al in de 16e eeuw pogingen ondernomen om mensen ermee te behandelen. Er zijn veel succesvolle pogingen gedaan om kiespijn, zenuwaandoeningen, slapeloosheid en veel problemen met inwendige organen te genezen. Het lijkt erop dat de magneet zijn gebruik in de geneeskunde niet later dan in de navigatie vond.
De afgelopen halve eeuw zijn magnetische armbanden op grote schaal gebruikt, populair bij patiënten met een verminderde bloeddruk. Wetenschappers geloofden serieus in het vermogen van een magneet om de weerstand van het menselijk lichaam te vergroten. Met behulp van elektromagnetische apparaten leerden ze de snelheid van de bloedstroom te meten, monsters te nemen of de benodigde medicijnen uit capsules te injecteren.
De magneet verwijdert kleine metaaldeeltjes die in het oog zijn gevallen. De werking van elektrische sensoren is gebaseerd op de werking ervan (iedereen van ons is bekend met de procedure voor het maken van een elektrocardiogram). In onze tijd wordt de samenwerking van natuurkundigen met biologen om de onderliggende mechanismen van de invloed van een magnetisch veld op het menselijk lichaam te bestuderen steeds hechter en noodzakelijker.
Neodymium magneet: eigenschappen en toepassingen
Neodymium-magneten worden geacht de maximale impact op de menselijke gezondheid te hebben. Ze bestaan uit:neodymium, ijzer en boor. Hun chemische formule is NdFeB. Het grote voordeel van zo'n magneet is het sterke effect van zijn veld met een relatief kleine omvang. Het gewicht van een magneet met een kracht van 200 gauss is dus ongeveer 1 g. Ter vergelijking: een ijzeren magneet van gelijke sterkte heeft een gewicht dat ongeveer 10 keer groter is.
Een ander onbetwist voordeel van de genoemde magneten is de goede stabiliteit en het vermogen om de gewenste eigenschappen honderden jaren te behouden. In de loop van een eeuw verliest een magneet zijn eigenschappen met slechts 1%.
Hoe worden neodymiummagneten precies behandeld?
Het verbetert de bloedcirculatie, stabiliseert de bloeddruk, bestrijdt migraine.
De eigenschappen van neodymiummagneten werden ongeveer 2000 jaar geleden voor behandeling gebruikt. Vermeldingen van dit type therapie zijn te vinden in de manuscripten van het oude China. De behandeling bestond toen uit het aanbrengen van gemagnetiseerde stenen op het menselijk lichaam.
Therapie bestond ook in de vorm van bevestiging aan het lichaam. De legende beweert dat Cleopatra haar uitstekende gezondheid en onaardse schoonheid te danken had aan het constant dragen van een magnetisch verband op haar hoofd. In de 10e eeuw beschreven Perzische wetenschappers in detail het gunstige effect van de eigenschappen van neodymiummagneten op het menselijk lichaam bij het elimineren van ontstekingen en spierspasmen. Volgens het overgebleven bewijs van die tijd kan men het gebruik ervan beoordelen om spierkracht en botsterkte te vergroten en gewrichtspijn te verminderen.
Van alle kwalen…
Bewijs van de effectiviteit van een dergelijke impact werd gepubliceerd in 1530jaar door de beroemde Zwitserse arts Paracelsus. In zijn geschriften beschreef de arts de magische eigenschappen van een magneet die de krachten van het lichaam zou kunnen stimuleren en zelfgenezing zou kunnen veroorzaken. Een groot aantal ziekten in die tijd werd overwonnen met behulp van een magneet.
Zelfbehandeling met behulp van deze remedie werd in de naoorlogse jaren (1861-1865) wijdverbreid in de VS, toen medicijnen categorisch ontbraken. Gebruikt het zowel als medicijn als als pijnstiller.
Sinds de 20e eeuw hebben de helende eigenschappen van de magneet een wetenschappelijke rechtvaardiging gekregen. In 1976 introduceerde de Japanse arts Nikagawa het concept van het magnetisch velddeficiëntiesyndroom. Onderzoek heeft de exacte symptomen ervan vastgesteld. Ze bestaan uit zwakte, vermoeidheid, verminderde prestaties en slaapstoornissen. Er zijn ook migraine, gewrichts- en rugpijn, problemen met de spijsvertering en het cardiovasculaire systeem in de vorm van hypotensie of hypertensie. Het betreft het syndroom en het vakgebied gynaecologie, en huidveranderingen. Met behulp van magnetotherapie kunnen deze aandoeningen met succes worden genormaliseerd.
Wetenschap staat niet stil
Wetenschappers blijven experimenteren met magnetische velden. Er wordt zowel op dieren en vogels als op bacteriën geëxperimenteerd. De omstandigheden van een verzwakt magnetisch veld verminderen het succes van metabolische processen bij experimentele vogels en muizen, bacteriën stoppen abrupt met vermenigvuldigen. Bij een langdurig veldtekort ondergaan levende weefsels onomkeerbare veranderingen.
Het is om al dergelijke fenomenen te bestrijden en veroorzaakt doormagneettherapie als zodanig wordt door hen toegepast met tal van negatieve gevolgen. Het lijkt erop dat op dit moment nog niet alle nuttige eigenschappen van magneten voldoende zijn bestudeerd. Artsen hebben veel interessante ontdekkingen en nieuwe ontwikkelingen voor de boeg.
