Ўласцівасці магніта і энергія магнітнага поля

Да такога прадмета, як магніт, усё даўно прывыклі. Мы не бачым у ім нічога асаблівага. Асацыюецца ў нас ён звычайна з урокамі фізікі або дэманстрацыяй у выглядзе фокусаў уласцівасцяў магніта для дашкольнікаў. І рэдка хто задумваецца, колькі магнітаў акружае нас у паўсядзённым жыцці. У любой кватэры іх дзясяткі. Магніт прысутнічае ў прыладзе кожнага дынаміка, магнітафона, электрабрытвы, гадзін. Нават банка з цвікамі з'яўляецца такім.

А яшчэ?

Мы - людзі - не выключэнне. Дзякуючы якія праходзяць у арганізме біятокі вакол нас існуе нябачны ўзор яго сілавых ліній. Велізарным магнітам з'яўляецца планета Зямля. А яшчэ больш грандыёзным - плазменны шар сонца. Перад чалавечым розумам недасягальныя памеры галактык і туманнасцяў рэдка дапускаюць думка пра тое, што ўсё гэта - таксама магніты.

Сучаснай навуцы патрабуецца стварэнне новых вялікіх і звышмагутных магнітаў, вобласці прымянення якіх звязаны з тэрмаядзерным сінтэзам, генеравання электрычнай энергіі, паскарэннем у сынхроны зараджаных часціц, уздымам патанулых судоў. Стварыць звышмоцныя поле, выкарыстоўваючы магнітныя ўласцівасці магніта - адна з задач сучаснай фізікі.

Удакладнім паняцці

Магнітным полем называецца сіла, якая дзейнічае на якія валодаюць зарадам цела, якія знаходзяцца ў руху. Яна "не працуе" з нерухомымі аб'ектамі (альбо пазбаўленымі зарада) і служыць адной з формаў электрамагнітнага поля, якое існуе як больш агульнае паняцьце.

Калі цела могуць ствараць вакол сябе магнітнае поле і самі адчуваць сілу яго ўздзеяння, іх называюць магнітамі. Гэта значыць дадзеныя прадметы - намагничены (валодаюць адпаведным момантам).

Розныя матэрыялы неаднолькава рэагуюць на вонкавае поле. Паслабляльныя яго дзеянне ўнутры сябе называюцца парамагнетиками, якія ўзмацняюць - диамагнетиками. Асобныя матэрыялы валодаюць уласцівасцю тысячаразова ўзмацняць у сабе вонкавае магнітнае поле. Гэта - ферромагнетики (кобальт, нікель з жалезам, гадаліній, а таксама злучэннi i сплавы згаданых металаў). Тыя з іх, якія, патрапіўшы пад уздзеянне моцнага вонкавага поля, самі набываюць магнітныя ўласцівасці, называюцца магнитотвердыми. Іншыя, здольныя весці сябе як магніты толькі пад непасрэдным уздзеяннем поля і перастае быць такі з яго знікненнем, - магнітамяккая.

Ледзь-ледзь гісторыі

Вывучэннем уласцівасцяў пастаянных магнітаў людзі займаюцца з вельмі і вельмі даўніх часоў. Згадваецца пра іх у працах вучоных Старажытнай Грэцыі яшчэ за 600 гадоў да нашай эры. Прыродныя (натуральнага паходжання) магніты можна выявіць у пакладах магнітнай руды. Найбольш вядомы з буйных натуральных магнітаў захоўваецца ў Тартускім універсітэце. Важыць ён 13 кілаграмаў, а груз, які можа быць узняты пры яго дапамозе, - 40 кг.

Чалавецтва навучылася ствараць штучныя магніты, выкарыстоўваючы розныя ферромагнетики. Каштоўнасць парашковых (з кобальту, жалеза і т. П.) Заключаецца ў здольнасці ўтрымліваць груз вагой у 5000 раз больш уласнай масы. Штучныя асобнікі могуць быць сталымі (атрыманымі з магнитотвердых матэрыялаў) або электрамагнітамі, якія маюць стрыжань, матэрыял якога - магнітамяккая жалеза. Поле напружання ў іх узнікае дзякуючы праходжання электрычнага току па правадах абмоткі, якой акружаны стрыжань.

Першая сур'ёзная кніга, якая змяшчае спробы навуковага даследавання уласцівасцяў магніта, - праца лонданскага лекара Гільберта, які выйшаў ў 1600 годзе. Дадзеная праца змяшчае ўсю сукупнасць наяўных на той момант звестак, якія тычацца магнетызму і электрычнасці, а таксама аўтарскія эксперыменты.

Любое з існуючых з'яў чалавек спрабуе прыстасаваць да практычнай жыцця. Зразумела, і магніт не стаў выключэннем.

Як выкарыстоўваюць магніты

Якія ўласцівасці магніта чалавецтва ўзяло на ўзбраенне? Сфера прымянення яго настолькі шырокая, што мы маем магчымасць толькі сцісла закрануць асноўных, самых вядомых прылад і абласцей прымянення дадзенага выдатнага прадмета.

Компас з'яўляецца ўсім вядомым прыборам для вызначэння на мясцовасці кірункаў. Дзякуючы яму пракладваюць шляху паветраных і марскіх судоў, наземнага транспарту, мэты пешаходнага руху. Гэтыя прыборы могуць быць магнітнымі (стрелочного тыпу), якiя выкарыстоўваюцца турыстамі і тапаграфіі, альбо немагнітных (радыё- і гидрокомпасы).

Першыя компасы з прыродных магнітаў былі вырабленыя ў XI стагоддзі і выкарыстоўваліся ў навігацыі. Заснавана іх дзеянне на свабодным павароце ў гарызантальнай плоскасці доўгай іголкі з магнітнага матэрыялу, ураўнаважанай на восі. Адзін яе канец заўсёды звернуты на поўдзень, другога - на поўнач. Такім чынам можна заўсёды дакладна даведацца асноўныя напрамкі датычна бакоў свету.

галоўныя сферы

Вобласці, дзе ўласцівасці магніта знайшлі асноўнае ўжыванне - радыё- і электратэхніка, прыборабудаванне, аўтаматыка і тэлемеханікі. З ферамагнітных матэрыялаў атрымліваюць рэле, магнитопроводы і т. П. У 1820 годзе было выяўлена ўласцівасць правадніка з токам ўздзейнічаць на стрэлку магніта, прымушаючы яе да павароту. У гэты ж час было зроблена і яшчэ адно адкрыццё - пара паралельных правадыроў, скрозь якія праходзіць ток аднаго кірункі, валодаюць уласцівасцю ўзаемнага прыцягнення.

Дзякуючы гэтаму было зроблена здагадка пра прычыну уласцівасцяў магніта. Усе падобныя з'явы ўзнікаюць у сувязі з токамі, у тым ліку цыркулявалымі ўнутры магнітных матэрыялаў. Сучасныя ўяўленні ў навуцы цалкам супадаюць з дадзеным здагадкай.

Аб рухавіках і генератарах

На аснове яго створана мноства разнавіднасцяў электрарухавікоў і электрагенератараў, то ёсць машын вярчальнага тыпу, прынцып дзеяння якіх заснаваны на пераўтварэнні механічнай энергіі ў электрычную (гаворка ідзе пра генератарах) або жа электрычнай ў механічную (пра рухавікі). Любы генератар дзейнічае па прынцыпе электрамагнітнай індукцыі, то ёсць ЭРС (электрарухаючая сіла) узнікае ў провадзе, які рухаецца ў магнітным полі. Электрарухавік працуе на аснове з'явы ўзнікнення сілы ў провадзе з токам, змешчаным у папярочны полі.

Выкарыстоўваючы сілу ўзаемадзеяння поля з токам, які праходзіць праз віткі абмоткі іх рухомых частак, працуюць прыборы, названыя магнитоэлектрическими. У якасці новага магутнага электрарухавіка пераменнага току, які мае дзве абмоткі, выступае індукцыйны лічыльнік электраэнергіі. Размешчаны паміж абмотак які праводзіць дыск схільны кручэнню крутоўным момантам, сіла якога прапарцыйная спажыванай магутнасці.

А ў побыце?

Забяспечаныя мініяцюрнай батарэйкай электрычныя наручныя гадзіны знаёмыя ўсім. Прылада іх дзякуючы выкарыстанню пары магнітаў, пары шпулек індуктыўнасці і транзістара нашмат прасцей па ліку наяўных дэталяў, чым у механічных гадзін.

Усё большае ўжыванне знаходзяць замкі электрамагнітнага тыпу або такія цыліндравыя замкі, якія забяспечаныя магнітнымі элементамі. У іх як ключ, так і замак аснашчаны кодавай наборам. Пры трапленні ў адтуліну замка правільнага ключа ў патрэбнае становішча прыцягваюцца ўнутраныя элементы магнітнага замка, што дазваляе яго адкрыць.

На дзеянні магнітаў заснавана прылада дынамометрамі і гальванометра (высокаадчувальны прыбора, з дапамогай якога вымераюць слабыя токі). Ўласцівасці магніта знайшлі прымяненне ў вытворчасці абразіваў. Так называюць вострыя дробныя і вельмі цвёрдыя часціцы, якія патрэбныя для механічнай апрацоўкі (шліфоўкі, паліравання, обдирки) самых розных прадметаў і матэрыялаў. Пры вытворчасці іх неабходны ў складзе сумесі ферасіліцыя часткова асядае на дно печаў, часткова ўкараняецца ў склад абразіва. Для выдалення яго адтуль і патрабуюцца магніты.

Навука і сувязь

Дзякуючы магнітным уласцівасцях рэчываў навука мае магчымасць вывучаць структуру самых розных тэл. Можна толькі згадаць аб магнитохимии або магнітнай дэфектаскапіі (метадзе выяўлення дэфектаў шляхам даследавання скажэнні магнітнага поля ў пэўных зонах вырабаў).

Ўжываюць іх і ў вытворчасці тэхнікі звышвысокага частотнага дыяпазону, радыёсістэмы сувязі (ваеннага прызначэння і на камерцыйных лініях), пры тэрмаапрацоўцы, як у хатніх умовах, так і ў харчовай прамысловасці прадуктаў (усім добра знаёмыя мікрахвалевыя печы). Практычна немагчыма ў рамках аднаго артыкула пералічыць усе тыя найскладанейшыя тэхнічныя прылады і вобласці прымянення, дзе выкарыстоўваюцца ў нашы дні магнітныя ўласцівасці рэчываў.

сфера медыцыны

Не стала выключэннем і сфера дыягностыкі і медыцынскай тэрапіі. Дзякуючы генерыруючай рэнтгенаўскае выпраменьванне электронным лінейным паскаральнікам ажыццяўляецца опухолевая тэрапія, у цыклатрон або сынхроны генеруюцца пучкі пратонаў, якія маюць перавагі перад рэнтгенаўскімі прамянямі ў лакальнай накіраванасці і падвышанай эфектыўнасці пры лячэнні пухлін вачэй і мозгу.

Што тычыцца біялагічнай навукі, то яшчэ да сярэдзіны мінулага стагоддзя жыццёвыя функцыі арганізма ніяк не звязваліся з існаваннем магнітных палёў. Навуковая літаратура зрэдку папаўнялася адзінкавымі паведамленнямі аб тым ці іншым іх медыцынскім эфекце. Але з шасцідзесятых гадоў лавінай пацяклі публікацыі аб біялагічных уласцівасцях магніта.

Раней і цяпер

Зрэшты, спробы лячыць ім людзей прадпрымаліся алхімікамі яшчэ ў XVI стагоддзі. Зафіксавана шмат паспяховых спробаў лячэння зубнога болю, нервовых расстройстваў, бессані і мноства непаладак ўнутраных органаў. Думаецца, што ў медыцыне сваё ўжыванне магніт знайшоў ані не пазней, чым у мараплаўстве.

Апошнія паўстагоддзя шырока выкарыстоўваюцца магнітныя бранзалеты, папулярныя сярод хворых з парушаным ціскам крыві. Навукоўцы сур'ёзна паверылі ў здольнасць магніта павышаць супраціўляльнасць чалавечага арганізма. З дапамогай электрамагнітных прыбораў навучыліся вымяраць хуткасць крывяноснай патоку, браць пробы або ўводзіць патрэбныя медыкаменты з капсул.

Магнітам выдаляюць якія трапілі ў вока дробныя металічныя часціцы. На яго дзеянні заснавана праца электродатчиков (любому з нас знаёмая працэдура зняцця электракарыёграмы). У наш час супрацоўніцтва фізікаў з біёлагамі для вывучэння глыбінных механізмаў ўздзеяння на чалавечы арганізм магнітнага поля становіцца ўсё больш цесным і неабходным.

Неадымавы магніт: ўласцівасці і прымяненне

Неадымавым магніты лічацца валодаюць максімальным уплывам на чалавечае здароўе. Складаюцца яны з неадыму, жалеза і бору. Хімічная формула іх - NdFeB. Галоўным перавагай такога магніта лічыцца моцнае ўздзеянне яго поля пры адносна невялікім памеры. Так, вага магніта сілай у 200 гаўс складае каля 1 гр. Для параўнання, роўны яму па сіле жалезны магніт мае вагу, большую прыкладна ў 10 разоў.

Іншае несумнеўнае годнасць згаданых магнітаў - добрая ўстойлівасць і здольнасць да захаванасці патрэбных якасцяў на працягу сотняў гадоў. На працягу стагоддзя магніт губляе свае ўласцівасці толькі на 1%.

Як менавіта лечацца неадымавым магнітам?

З яго дапамогай паляпшаюць кровазварот, стабілізуюць ціск, змагаюцца з мігрэнню.

Ўласцівасці неадымавым магнітаў пачалі выкарыстоўваць для лячэння парадку 2000 гадоў таму. Згадкі пра такі выгляд тэрапіі сустракаюцца ў манускрыптах Старажытнага Кітая. Лячылі тады прыкладаннем намагнічанага камянёў да чалавечага цела.

Тэрапія існавала і ў форме прымацавання іх на целе. Легенда сцвярджае, што выдатным здароўем і незямной прыгажосцю Клеапатра абавязана была пастаяннага нашэння на галаве магнітнай павязкі. У X стагоддзі персідскімі навукоўцамі падрабязна апісвалася дабратворны ўплыў уласцівасцяў неадымавым магнітаў на чалавечы арганізм у выпадку ліквідацыі запаленняў і цягліцавых спазмаў. Па якія захаваліся сведчаннях таго часу можна меркаваць аб ўжыванні іх для павелічэння сілы цягліц, трываласці касцяных тканін і зніжэння болі ў суставах.

Ад усіх хвароб ...

Доказы эфектыўнасці такога ўздзеяння былі апублікаваныя ў 1530 г. знакамітым доктарам з Швейцарыі Парацэльсам. У сваіх працах лекар апісваў чароўныя ўласцівасці магніта, які можа стымуляваць сілы арганізма і выклікаць самавыгаенне. Велізарнае мноства хвароб у тыя часы пачалі адольваць, выкарыстоўваючы магніт.

Шырокае распаўсюджванне атрымала самалячэнне пры дапамозе дадзенага сродкі ў ЗША ў пасляваенныя гады (1861-1865), калі медыкаментаў катэгарычна не хапала. Выкарыстоўвалі яго і як лекі, і як абязбольвальнае.

Пачынаючы з XX стагоддзя лячэбныя ўласцівасці магніта атрымалі навуковае абгрунтаванне. У 1976 году японскім лекарам Никагавой было ўведзена паняцце сіндрому дэфіцыту магнітнага поля. Даследаваннямі устаноўлены дакладныя яго сімптомы. Заключаюцца яны ў слабасці, стамляльнасці, паніжанай працаздольнасці і парушэннях працэсу сну. Таксама маюць месца мігрэні, сустаўныя і пазваночныя болю, непаладкі з стрававальнай і сардэчна-сасудзістай сістэмамі ў выглядзе гіпатаніі або гіпертаніі. Тычыцца сіндром і вобласці гінекалогіі, і скурных зменаў. Ужываннем магнітатэрапіі дадзеныя стану даволі паспяхова атрымоўваецца нармалізаваць.

Навука не стаіць на месцы

Навукоўцы працягваюць эксперыментаваць з магнітнымі палямі. Досведы праводзяцца як на жывёл і птушак, так і на бактэрыях. Умовы аслабленага магнітнага поля зніжаюць паспяховасць абменных працэсаў у паддоследных птушак і мышэй, бактэрыі рэзка спыняюць размнажацца. Пры доўгім дэфіцыце поля жывыя тканіны падвяргаюцца незваротных змен.

Менавіта для барацьбы з усімі падобнымі з'явамі і выкліканымі імі шматлікімі негатыўнымі наступствамі ўжываецца магнітатэрапія як такая. Думаецца, што ў цяперашні час усе карысныя ўласцівасці магнітаў яшчэ не вывучаныя ў належнай ступені. Наперадзе ў лекараў мноства найцікавых адкрыццяў і новых распрацовак.