Každý je už dlho zvyknutý na taký predmet ako magnet. Nevidíme v tom nič zvláštne. Väčšinou si ho spájame s hodinami fyziky alebo ukážkou v podobe trikov vlastností magnetu pre predškolákov. A len zriedka sa niekto zamýšľa nad tým, koľko magnetov nás obklopuje v každodennom živote. V každom byte sú ich desiatky. Magnet je prítomný v zariadení každého reproduktora, magnetofónu, elektrického holiaceho strojčeka, hodiniek. Dokonca aj pohár nechtov je jeden.
A čo ešte?
My – ľudia – nie sme výnimkou. Vďaka bioprúdom prúdiacim v tele je okolo nás neviditeľný vzor jeho siločiar. Zem je obrovský magnet. A ešte grandióznejšia - plazmová guľa slnka. Rozmery galaxií a hmlovín, pre ľudskú myseľ nepochopiteľné, len zriedka umožňujú predstavu, že toto všetko sú tiež magnety.
Moderná veda vyžaduje vytvorenie nových veľkých a supervýkonných magnetov, ktorých oblasti použitia sú spojené s termonukleárnou fúziou, výrobou elektrickej energie, urýchľovaním nabitých častíc v synchrotrónoch, zdvíhaním potopených lodí. Vytvorte super silné pole pomocou magnetických vlastnostímagnet je jedným z problémov modernej fyziky.
Objasniť pojmy
Magnetické pole je sila pôsobiaca na telesá s nábojom, ktoré sú v pohybe. „Nefunguje“so stacionárnymi predmetmi (alebo bez náboja) a slúži ako forma elektromagnetického poľa, ktoré existuje ako všeobecnejší pojem.
Ak telesá dokážu okolo seba vytvoriť magnetické pole a sami zažijú silu jeho vplyvu, nazývajú sa magnety. To znamená, že tieto objekty sú zmagnetizované (majú zodpovedajúci moment).
Rôzne materiály reagujú na vonkajšie pole odlišne. Tie, ktoré v sebe oslabujú jeho pôsobenie, sa nazývajú paramagnety a tie, ktoré ho posilňujú, sa nazývajú diamagnety. Jednotlivé materiály majú tú vlastnosť, že tisícnásobne zosilnia vonkajšie magnetické pole. Ide o feromagnety (kob alt, nikel so železom, gadolínium, ako aj zlúčeniny a zliatiny spomínaných kovov). Tie z nich, ktoré po páde pod vplyvom silného vonkajšieho poľa sami získavajú magnetické vlastnosti, sa nazývajú tvrdé magnetické. Iné, schopné správať sa ako magnety iba pod priamym vplyvom poľa a po jeho zmiznutí takými prestanú byť, sú mäkké magnetické.
Trošku z histórie
Ľudia študovali vlastnosti permanentných magnetov od veľmi, veľmi starých čias. Spomínajú sa v spisoch vedcov starovekého Grécka už 600 rokov pred naším letopočtom. Prírodné magnety (prírodného pôvodu) možno nájsť v ložiskách magnetickej rudy. Najznámejší z veľkých prírodných magnetov sa nachádza v Tartuuniverzite. Váži 13 kilogramov a náklad, ktorý sa s jeho pomocou dá zdvihnúť, je 40 kg.
Ľudstvo sa naučilo vytvárať umelé magnety pomocou rôznych feromagnetík. Hodnota prášku (z kob altu, železa atď.) spočíva v schopnosti udržať záťaž vážiacu 5000-násobok vlastnej hmotnosti. Umelé vzorky môžu byť trvalé (získané z tvrdých magnetických materiálov) alebo elektromagnety s jadrom, ktorého materiálom je mäkké magnetické železo. Napäťové pole v nich vzniká prechodom elektrického prúdu cez vodiče vinutia, ktoré je obklopené jadrom.
Prvou serióznou knihou obsahujúcou pokusy o vedecké štúdium vlastností magnetu bola práca londýnskeho lekára Gilberta, vydaná v roku 1600. Toto dielo obsahuje súhrn informácií dostupných v tom čase o magnetizme a elektrine, ako aj autorove experimenty.
Človek sa snaží prispôsobiť ktorýkoľvek z existujúcich javov praktickému životu. Samozrejme, magnet nebol výnimkou.
Ako sa používajú magnety
Aké vlastnosti magnetu si ľudstvo osvojilo? Jeho rozsah je taký široký, že sa môžeme len v krátkosti dotknúť hlavných, najznámejších zariadení a aplikácií tohto nádherného predmetu.
Kompas je dobre známe zariadenie na určovanie smeru na zemi. Vďaka nemu dláždia cestu lietadlám a lodiam, pozemnej doprave a cieľom pešej dopravy. Títozariadenia môžu byť magnetické (ukazovateľový typ), používané turistami a topografmi, alebo nemagnetické (rádiové a hydrokompasy).
Prvé kompasy z prírodných magnetov boli vyrobené v 11. storočí a používali sa pri navigácii. Ich pôsobenie je založené na voľnom otáčaní dlhej ihly z magnetického materiálu, vyváženej na os v horizontálnej rovine. Jeden z jeho koncov vždy smeruje na juh, druhý - na sever. Takto môžete vždy presne zistiť hlavné smery týkajúce sa svetových strán.
Hlavné sféry
Polia, kde vlastnosti magnetu našli svoje hlavné uplatnenie – rádio a elektrotechnika, prístrojové vybavenie, automatizácia a telemechanika. Z feromagnetických materiálov sa získavajú relé, magnetické obvody atď.. V roku 1820 bola objavená vlastnosť vodiča s prúdom pôsobiť na ihlu magnetu a nútiť ju otáčať sa. Zároveň došlo k ďalšiemu objavu - dvojica paralelných vodičov, ktorými prechádza prúd rovnakého smeru, má vlastnosť vzájomnej príťažlivosti.
Vzhľadom na to bol urobený predpoklad o príčine vlastností magnetu. Všetky takéto javy vznikajú v súvislosti s prúdmi, vrátane tých, ktoré cirkulujú vo vnútri magnetických materiálov. Moderné nápady vo vede sú plne v súlade s týmto predpokladom.
O motoroch a generátoroch
Na jeho základe bolo vytvorených mnoho druhov elektromotorov a elektrických generátorov, teda strojov rotačného typu, ktorých princíp činnosti je založený na premene mechanickej energie na elektrickú (rečhovoríme o generátoroch) alebo elektrických až mechanických (o motoroch). Akýkoľvek generátor funguje na princípe elektromagnetickej indukcie, to znamená, že EMF (elektromotorická sila) sa vyskytuje v drôte, ktorý sa pohybuje v magnetickom poli. Elektromotor funguje na základe javu výskytu sily vo vodiči s prúdom umiestnenom v priečnom poli.
Pomocou sily interakcie poľa s prúdom, ktorý prechádza závitmi vinutia ich pohyblivých častí, fungujú zariadenia nazývané magnetoelektrické. Indukčný elektromer funguje ako nový výkonný striedavý motor s dvoma vinutiami. Vodivý kotúč umiestnený medzi vinutiami sa otáča krútiacim momentom úmerným príkonu.
A v každodennom živote?
Elektrické náramkové hodinky, napájané miniatúrnou batériou, pozná každý. Ich zariadenie je vďaka použitiu dvojice magnetov, dvojice tlmiviek a tranzistora oveľa jednoduchšie z hľadiska počtu dostupných dielov ako mechanické hodinky.
Zámky elektromagnetického typu alebo cylindrické zámky vybavené magnetickými prvkami sa čoraz častejšie používajú. V nich sú kľúč aj zámok vybavené kombinačnou sadou. Keď správny kľúč vstúpi do priehradky zámku, vnútorné prvky magnetického zámku sa pritiahnu do požadovanej polohy, čo umožňuje jeho otvorenie.
Zariadenie dynamometrov a galvanometra (vysoko citlivý prístroj, ktorým sa merajú slabé prúdy) je založené na pôsobení magnetov. Vlastnosti magnetu našli uplatnenie pri výrobe abrazív. Takženazývané ostré malé a veľmi tvrdé častice, ktoré sú potrebné na mechanické spracovanie (brúsenie, leštenie, hrubovanie) rôznych predmetov a materiálov. Pri ich výrobe sa ferosilícium, ktoré je nevyhnutné v zložení zmesi, čiastočne usadzuje na dne pecí a čiastočne sa zavádza do zloženia abrazíva. Na jeho odstránenie sú potrebné magnety.
Veda a komunikácia
Vďaka magnetickým vlastnostiam látok má veda schopnosť študovať štruktúru rôznych tiel. Spomenúť môžeme len magnetochémiu alebo magnetickú detekciu defektov (metóda zisťovania defektov štúdiom skreslenia magnetického poľa v určitých oblastiach výrobkov).
Používajú sa aj pri výrobe mikrovlnných zariadení, rádiokomunikačných systémov (vojenské a komerčné linky), tepelnej úprave doma aj v potravinárskom priemysle (mikrovlnné rúry sú každému dobre známe). Vymenovať všetky najzložitejšie technické zariadenia a aplikácie, v ktorých sa dnes využívajú magnetické vlastnosti látok, je takmer nemožné v rámci jedného článku.
Medicína
Výnimkou nebola ani oblasť diagnostiky a liečebnej terapie. Vďaka elektrónovým lineárnym urýchľovačom generujúcim röntgenové lúče sa uskutočňuje nádorová terapia, generujú sa protónové lúče v cyklotrónoch alebo synchrotrónoch, ktoré majú oproti röntgenovému žiareniu výhody v lokálnej smerovosti a zvýšenej účinnosti pri liečbe očných a mozgových nádorov.
Pokiaľ ide o biologickéveda, ešte pred polovicou minulého storočia neboli vitálne funkcie tela nijako spojené s existenciou magnetických polí. Vedecká literatúra bola príležitostne doplnená o jednotlivé správy o jednom alebo druhom z ich medicínskych účinkov. Od šesťdesiatych rokov sa však publikácie o biologických vlastnostiach magnetu strhli lavínou.
Vtedy a teraz
Avšak pokusy liečiť ním ľudí robili alchymisti už v 16. storočí. Uskutočnilo sa mnoho úspešných pokusov o vyliečenie bolesti zubov, nervových porúch, nespavosti a mnohých problémov s vnútornými orgánmi. Zdá sa, že magnet našiel svoje využitie v medicíne najneskôr v navigácii.
Posledné polstoročie sa vo veľkej miere používali magnetické náramky, obľúbené medzi pacientmi so zníženým krvným tlakom. Vedci vážne verili v schopnosť magnetu zvýšiť odolnosť ľudského tela. Pomocou elektromagnetických prístrojov sa naučili merať rýchlosť prietoku krvi, odoberať vzorky či vstrekovať potrebné lieky z kapsúl.
Magnet odstraňuje malé kovové čiastočky, ktoré spadli do oka. Činnosť elektrických snímačov je založená na jeho pôsobení (každý z nás pozná postup snímania elektrokardiogramu). V našej dobe sa spolupráca fyzikov s biológmi pri štúdiu základných mechanizmov vplyvu magnetického poľa na ľudské telo stáva čoraz bližšou a potrebnejšou.
Neodymový magnet: vlastnosti a aplikácie
Neodymové magnety sa považujú za magnety s maximálnym vplyvom na ľudské zdravie. Pozostávajú zneodým, železo a bór. Ich chemický vzorec je NdFeB. Hlavnou výhodou takéhoto magnetu je silný účinok jeho poľa s relatívne malou veľkosťou. Hmotnosť magnetu so silou 200 gaussov je teda asi 1 g. Pre porovnanie, železný magnet rovnakej sily má hmotnosť asi 10-krát väčšiu.
Ďalšou nepochybnou výhodou spomínaných magnetov je dobrá stabilita a schopnosť uchovať si požadované kvality po stovky rokov. V priebehu storočia stratí magnet svoje vlastnosti len o 1 %.
Ako presne sa ošetrujú neodýmové magnety?
Zlepšuje krvný obeh, stabilizuje krvný tlak, bojuje proti migréne.
Vlastnosti neodýmových magnetov sa začali využívať na liečbu asi pred 2000 rokmi. Zmienky o tomto type terapie sa nachádzajú v rukopisoch starovekej Číny. Liečba potom spočívala v aplikácii magnetizovaných kameňov na ľudské telo.
Terapia existovala aj vo forme ich prikladania k telu. Legenda tvrdí, že Kleopatra vďačila za svoje vynikajúce zdravie a nadpozemskú krásu neustálemu noseniu magnetického obväzu na hlave. V 10. storočí perzskí vedci podrobne opísali priaznivý vplyv vlastností neodýmových magnetov na ľudský organizmus v prípade odstránenia zápalov a svalových kŕčov. Podľa dochovaných dôkazov z tej doby možno posúdiť ich použitie na zvýšenie svalovej sily, pevnosti kostí a zníženie bolesti kĺbov.
Od všetkých neduhov…
Dôkaz o účinnosti takéhoto vplyvu bol publikovaný v roku 1530ročníka slávneho švajčiarskeho lekára Paracelsa. Doktor vo svojich spisoch opísal magické vlastnosti magnetu, ktorý by mohol stimulovať sily tela a spôsobiť samoliečbu. Veľké množstvo chorôb sa v tých časoch začalo prekonávať pomocou magnetu.
Samoliečba pomocou tohto lieku sa v USA rozšírila v povojnových rokoch (1861-1865), keď lieky kategoricky chýbali. Používal sa ako liek aj ako prostriedok proti bolesti.
Od 20. storočia majú liečivé vlastnosti magnetu vedecké opodstatnenie. V roku 1976 japonský lekár Nikagawa predstavil koncept syndrómu nedostatku magnetického poľa. Výskum stanovil presné príznaky. Spočívajú v slabosti, únave, zníženej výkonnosti a poruchách spánku. Objavujú sa aj migrény, bolesti kĺbov a chrbtice, problémy s tráviacim a kardiovaskulárnym systémom v podobe hypotenzie či hypertenzie. Týka sa syndrómu a oblasti gynekológie a kožných zmien. Pomocou magnetoterapie je možné tieto stavy celkom úspešne normalizovať.
Veda nestojí na mieste
Vedci pokračujú v experimentoch s magnetickými poľami. Experimenty sa vykonávajú na zvieratách a vtákoch a na baktériách. Podmienky oslabeného magnetického poľa znižujú úspešnosť metabolických procesov u pokusných vtákov a myší, baktérie sa náhle prestanú množiť. Pri dlhotrvajúcom deficite poľa prechádzajú živé tkanivá nezvratnými zmenami.
Je to bojovať proti všetkým takýmto javom a spôsobenýmmagnetoterapiu ako takú využívajú s početnými negatívnymi dôsledkami. Zdá sa, že v súčasnosti ešte nie sú dostatočne prebádané všetky užitočné vlastnosti magnetov. Lekári majú pred sebou veľa zaujímavých objavov a nových objavov.
