כולם כבר מזמן רגילים לחפץ כזה כמו מגנט. אנחנו לא רואים בזה שום דבר מיוחד. בדרך כלל אנו מקשרים זאת לשיעורי פיזיקה או הדגמה בצורת טריקים של תכונותיו של מגנט לגיל הרך. ולעתים רחוקות מישהו חושב על כמה מגנטים מקיפים אותנו בחיי היומיום. יש עשרות כאלה בכל דירה. מגנט קיים במכשיר של כל רמקול, רשמקול, סכין גילוח חשמלי, שעון. אפילו צנצנת מסמרים היא אחת.
ומה עוד?
אנחנו - האנשים - אינם יוצאי דופן. הודות לזרמים הביולוגיים הזורמים בגוף, יש תבנית בלתי נראית של קווי הכוח שלו סביבנו. כדור הארץ הוא מגנט ענק. ועוד יותר גרנדיוזי - כדור הפלזמה של השמש. מימדי הגלקסיות והערפיליות, בלתי מובנות למוח האנושי, מאפשרים רק לעתים רחוקות את הרעיון שכל אלה הם גם מגנטים.
מדע מודרני מצריך יצירת מגנטים חדשים גדולים וחזקים במיוחד, שתחומי היישום שלהם קשורים בהיתוך תרמו-גרעיני, ייצור אנרגיה חשמלית, האצת חלקיקים טעונים בסינכרוטרונים, הרמת ספינות שקועות. צור שדה סופר חזק באמצעות תכונות מגנטיותמגנט הוא אחת הבעיות של הפיזיקה המודרנית.
להבהיר מושגים
שדה מגנטי הוא כוח הפועל על גופים עם מטען שנמצאים בתנועה. הוא "לא עובד" עם עצמים נייחים (או חסרי מטען) ומשמש כצורה של שדה אלקטרומגנטי, שקיים כמושג כללי יותר.
אם גופים יכולים ליצור שדה מגנטי סביב עצמם ולחוות את כוח השפעתו בעצמם, הם נקראים מגנטים. כלומר, העצמים הללו ממוגנטים (יש להם את הרגע המתאים).
חומרים שונים מגיבים בצורה שונה לשדה חיצוני. אלה שמחלישים את פעולתו בתוך עצמם נקראים פרמגנטים, ואלו שמחזקים אותו נקראים דיאמגנטים. לחומרים בודדים יש את התכונה להגביר פי אלף שדה מגנטי חיצוני. אלו הם פרומגנטים (קובלט, ניקל עם ברזל, גדוליניום וכן תרכובות וסגסוגות של המתכות המוזכרות). אלה מהם שנפלו תחת השפעת שדה חיצוני חזק, רוכשים בעצמם תכונות מגנטיות, נקראים מגנטי קשה. אחרים, המסוגלים להתנהג כמו מגנטים רק בהשפעה ישירה של השדה ומפסיקים להיות כך עם היעלמותו, הם מגנטיים רכים.
קצת היסטוריה
אנשים חוקרים את התכונות של מגנטים קבועים מאז תקופות מאוד מאוד עתיקות. הם מוזכרים בכתביהם של מדענים מיוון העתיקה עוד 600 שנה לפני הספירה. ניתן למצוא מגנטים טבעיים (ממקור טבעי) במרבצים של עפרות מגנטיות. המגנטים הטבעיים הגדולים המפורסם ביותר נשמרים בטארטואוּנִיבֶרְסִיטָה. הוא שוקל 13 ק"ג, והמטען שניתן להרים בעזרתו הוא 40 ק"ג.
האנושות למדה ליצור מגנטים מלאכותיים באמצעות פרומגנטים שונים. ערכה של אבקה (מקובלט, ברזל וכו') טמון ביכולת להחזיק מטען במשקל פי 5000 ממשקלו. דגימות מלאכותיות יכולות להיות קבועות (שמתקבלות מחומרים מגנטיים קשים) או אלקטרומגנטים בעלי ליבה, שהחומר שלה הוא ברזל מגנטי רך. שדה המתח בהם נוצר עקב מעבר זרם חשמלי דרך חוטי הפיתול, המוקף בליבה.
הספר הרציני הראשון המכיל ניסיונות לחקור מדעית את תכונותיו של מגנט היה עבודתו של הרופא הלונדוני גילברט, שפורסם ב-1600. עבודה זו מכילה את מכלול המידע שהיה זמין באותה תקופה לגבי מגנטיות וחשמל, כמו גם ניסויים של המחבר.
אדם מנסה להתאים כל אחת מהתופעות הקיימות לחיים המעשיים. כמובן, המגנט לא היה יוצא דופן.
איך משתמשים במגנטים
אילו תכונות של המגנט אימצה האנושות? היקפו כל כך רחב עד שנוכל לגעת רק בקצרה במכשירים והיישומים העיקריים והמפורסמים ביותר של הפריט הנפלא הזה.
Compass הוא מכשיר ידוע לקביעת כיוונים על הקרקע. בזכותו הם סוללים את הדרך למטוסים ולאניות, לתחבורה יבשתית וליעדי תנועה להולכי רגל. אלהמכשירים יכולים להיות מגנטיים (סוג מצביע), בשימוש תיירים וטופוגרפים, או לא מגנטיים (מצפני רדיו והידרו).
המצפנים הראשונים ממגנטים טבעיים נוצרו במאה ה-11 ושימשו בניווט. פעולתם מבוססת על סיבוב חופשי במישור האופקי של מחט ארוכה העשויה מחומר מגנטי, מאוזנת על הציר. אחד מקצוותיו פונה תמיד לדרום, השני - צפונה. לפיכך, אתה תמיד יכול לברר במדויק את הכיוונים העיקריים לגבי הנקודות הקרדינליות.
Main Spheres
שדות שבהם מאפייני המגנט מצאו את היישום העיקרי שלהם - הנדסת רדיו וחשמל, מכשור, אוטומציה וטלמכניקה. ממסרים, מעגלים מגנטיים וכו' מתקבלים מחומרים פרומגנטיים בשנת 1820 התגלתה תכונתו של מוליך נושא זרם לפעול על מחט המגנט, ואילצה אותה להסתובב. במקביל התגלתה תגלית נוספת - זוג מוליכים מקבילים, שדרכם עובר זרם מאותו כיוון, בעלי תכונה של משיכה הדדית.
בגלל זה הונחה הנחה לגבי הסיבה לתכונות המגנט. כל התופעות הללו מתעוררות בקשר לזרמים, כולל אלה המסתובבים בתוך חומרים מגנטיים. רעיונות מודרניים במדע תואמים לחלוטין הנחה זו.
על מנועים וגנרטורים
על בסיסו נוצרו זנים רבים של מנועים חשמליים ומחוללי חשמל, כלומר מכונות מסוג סיבובי, שעיקרון פעולתן מבוסס על המרת אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית (נְאוּםאנחנו מדברים על גנרטורים) או חשמלי למכני (על מנועים). כל גנרטור פועל על בסיס האינדוקציה האלקטרומגנטית, כלומר, EMF (כוח אלקטרו-מוטיבי) מתרחש בחוט שנע בשדה מגנטי. המנוע החשמלי פועל על בסיס תופעת התרחשות הכוח בחוט עם זרם המוצב בשדה רוחבי.
שימוש בעוצמת האינטראקציה של השדה עם הזרם העובר דרך סיבובי הפיתול של החלקים הנעים שלהם, מכשירים הנקראים עבודה מגנטואלקטרית. מד חשמל אינדוקציה פועל כמנוע AC חזק חדש עם שתי פיתולים. הדיסק המוליך הממוקם בין הפיתולים נתון לסיבוב במומנט פרופורציונלי לכניסת הכוח.
ובחיי היומיום?
שעוני יד חשמליים מוכרים לכולם. המכשיר שלהם, הודות לשימוש בזוג מגנטים, זוג משרנים וטרנזיסטור, הרבה יותר פשוט מבחינת מספר החלקים הזמינים משעונים מכניים.
מנעולים מסוג אלקטרומגנטי או מנעולי צילינדר המצוידים באלמנטים מגנטיים נמצאים בשימוש יותר ויותר. בהם, גם המפתח וגם המנעול מצוידים בסט קומבינציה. כאשר המפתח הנכון נכנס היטב למנעול, האלמנטים הפנימיים של המנעול המגנטי נמשכים למצב הרצוי, המאפשר את פתיחתו.
מכשיר הדינמומטרים והגלוונומטר (מכשיר רגיש במיוחד איתו מודדים זרמים חלשים) מבוסס על פעולת מגנטים. המאפיינים של המגנט מצאו יישום בייצור של חומרים שוחקים. כךנקראים חלקיקים חדים קטנים וקשים מאוד הדרושים לעיבוד מכני (שחזה, ליטוש, חיספוס) של מגוון חפצים וחומרים. במהלך הייצור שלהם, פרוסיליקון, הכרחי בהרכב התערובת, מתיישב בחלקו בתחתית התנורים, ומוכנס בחלקו להרכב החומר השוחקים. נדרשים מגנטים כדי להסיר אותו משם.
מדע ותקשורת
בשל התכונות המגנטיות של חומרים, למדע יש את היכולת לחקור את המבנה של גופים שונים. נוכל להזכיר רק מגנטוכימיה או גילוי פגמים מגנטיים (שיטה לגילוי פגמים על ידי לימוד העיוות של השדה המגנטי באזורים מסוימים של מוצרים).
הם משמשים גם בייצור ציוד מיקרוגל, מערכות תקשורת רדיו (קווים צבאיים ומסחריים), טיפול בחום, הן בבית והן בתעשיית המזון (תנורי מיקרוגל מוכרים היטב לכולם). כמעט בלתי אפשרי למנות את כל המכשירים והיישומים הטכניים המורכבים ביותר שבהם נעשה שימוש כיום בתכונות המגנטיות של חומרים במסגרת מאמר אחד.
תחום רפואי
תחום האבחון והטיפול הרפואי לא היה יוצא מן הכלל. הודות למאיצים ליניאריים אלקטרונים המייצרים קרני רנטגן, מתבצע טיפול בגידול, נוצרות קרני פרוטונים בציקלוטרונים או סינכרוטרונים, שיש להם יתרונות על פני קרני רנטגן בכיווניות מקומית ויעילות מוגברת בטיפול בגידולי עיניים ובמוח.
באשר לביולוגיהמדע, אפילו לפני אמצע המאה הקודמת, התפקודים החיוניים של הגוף לא היו קשורים בשום אופן לקיומם של שדות מגנטיים. הספרות המדעית התמלאה מדי פעם בהודעות בודדות על השפעות רפואיות כאלה או אחרות. אבל מאז שנות השישים, פרסומים על התכונות הביולוגיות של המגנט היו מפולת שלגים.
אז והיום
עם זאת, ניסיונות לטפל באמצעותו באנשים נעשו על ידי אלכימאים כבר במאה ה-16. היו הרבה ניסיונות מוצלחים לרפא כאבי שיניים, הפרעות עצבים, נדודי שינה ובעיות רבות באיברים פנימיים. נראה שהמגנט מצא את השימוש שלו ברפואה לא יאוחר מאשר בניווט.
בחצי המאה האחרונה, נעשה שימוש נרחב בצמידים מגנטיים, פופולריים בקרב חולים עם לחץ דם לקוי. מדענים האמינו ברצינות ביכולתו של מגנט להגביר את ההתנגדות של גוף האדם. בעזרת מכשירים אלקטרומגנטיים הם למדו למדוד את מהירות זרימת הדם, לקחת דגימות או להזריק את התרופות הדרושות מקפסולות.
המגנט מסיר חלקיקי מתכת קטנים שנפלו לתוך העין. פעולת חיישנים חשמליים מבוססת על פעולתו (כל אחד מאיתנו מכיר את הליך ביצוע בדיקת אלקטרוקרדיוגרמה). בזמננו, שיתוף הפעולה של פיזיקאים עם ביולוגים כדי לחקור את המנגנונים הבסיסיים של השפעת שדה מגנטי על גוף האדם הופך קרוב יותר והכרחי יותר.
מגנט ניאודימיום: מאפיינים ויישומים
מגנטים ניאודימיום נחשבים לבעלי ההשפעה המרבית על בריאות האדם. הם מורכבים מניאודימיום, ברזל ובורון. הנוסחה הכימית שלהם היא NdFeB. היתרון העיקרי של מגנט כזה הוא ההשפעה החזקה של השדה שלו עם גודל קטן יחסית. אז, המשקל של מגנט עם כוח של 200 גאוס הוא בערך 1 גרם. לשם השוואה, למגנט ברזל בעל חוזק שווה משקל גדול פי 10 בערך.
יתרון נוסף ללא ספק של המגנטים המוזכרים הוא יציבות טובה ויכולת לשמר את האיכויות הרצויות במשך מאות שנים. במהלך מאה שנה, מגנט מאבד את תכונותיו רק ב-1%.
איך בדיוק מטפלים במגנטים של ניאודימיום?
זה משפר את זרימת הדם, מייצב את לחץ הדם, נלחם במיגרנות.
התכונות של מגנטים ניאודימיום החלו לשמש לטיפול לפני כ-2000 שנה. אזכורים לסוג זה של טיפול נמצאים בכתבי היד של סין העתיקה. הטיפול אז היה על ידי מריחת אבנים ממוגנטות על גוף האדם.
טיפול היה קיים גם בצורה של הצמדתם לגוף. האגדה טוענת שקליאופטרה הייתה חייבת את בריאותה המצוינת ואת יופייה הבלתי-ארצי ללבישה מתמדת של תחבושת מגנטית על ראשה. במאה ה-10, מדענים פרסיים תיארו בפירוט את ההשפעה המיטיבה של תכונותיהם של מגנטים ניאודימיום על גוף האדם במקרה של חיסול דלקת ועוויתות שרירים. על פי העדויות ששרדו מאותה תקופה, אפשר לשפוט את השימוש בהן להגברת כוח השרירים, חוזק העצמות והפחתת כאבי מפרקים.
מכל הרעות…
הוכחות ליעילות של השפעה כזו פורסמו ב-1530שנה מאת הרופא השוויצרי המפורסם Paracelsus. בכתביו תיאר הרופא את התכונות הקסומות של מגנט שיכול לעורר את כוחות הגוף ולגרום לריפוי עצמי. מספר עצום של מחלות באותם ימים החלו להתגבר באמצעות מגנט.
טיפול עצמי בעזרת תרופה זו הפך לנפוץ בארה ב בשנים שלאחר המלחמה (1861-1865), כאשר תרופות היו חסרות באופן מוחלט. השתמש בו גם כתרופה וגם כמשכך כאבים.
מאז המאה ה-20, תכונות הריפוי של המגנט קיבלו הצדקה מדעית. בשנת 1976, הרופא היפני ניקאגאווה הציג את המושג של תסמונת מחסור בשדה מגנטי. מחקר קבע את הסימפטומים המדויקים של זה. הם מורכבים מחולשה, עייפות, ירידה בביצועים והפרעות שינה. ישנן גם מיגרנות, כאבי פרקים ועמוד שדרה, בעיות במערכת העיכול והלב וכלי הדם בצורה של יתר לחץ דם או יתר לחץ דם. זה נוגע לתסמונת ולתחום הגניקולוגיה ולשינויים בעור. בעזרת שימוש במגנטותרפיה, ניתן לנרמל את המצבים הללו בצורה מוצלחת למדי.
המדע לא עומד במקום
מדענים ממשיכים להתנסות בשדות מגנטיים. ניסויים מבוצעים הן על בעלי חיים וציפורים, והן על חיידקים. התנאים של שדה מגנטי מוחלש מפחיתים את הצלחת תהליכים מטבוליים בציפורים ועכברים ניסויים, חיידקים מפסיקים בפתאומיות להתרבות. עם חוסר שדה ממושך, רקמות חיות עוברות שינויים בלתי הפיכים.
זה כדי להילחם בכל תופעות כאלה ונגרמות על ידימגנטותרפיה ככזו משמשת אותם עם השלכות שליליות רבות. נראה שכרגע כל התכונות השימושיות של מגנטים עדיין לא נחקרו כראוי. לרופאים יש הרבה תגליות מעניינות והתפתחויות חדשות לפנינו.
